Tolerancja przeszczegładowania baterii litowo-żelazno-fosforowych w środowisku o wysokiej temperaturze

Baterie litowo-żelazno-fosforowe mają zalety, takie jak wysoka gęstość energetyczna, wysoka bezpieczeństwo, odporność na wysoką temperaturę, niska cena, wiele cykli i długie życie, i są powszechnie stosowane w dziedzinach pojazdów elektrycznych i magazynowania energii. Aby spełnić rzeczywiste potrzeby aplikacyjne, duża liczba komórek jest zwykle łączona szeregowo lub równolegle, tworząc pakiet baterii. Jednak ten system wysokojednostny może spowodować poważniejsze konsekwencje, gdy dochodzi do ucieczki cieplnej.

Przeładowywanie i przegrzanie uchodzą za jedną z głównych przyczyn termicznego biegu baterii, ale zazwyczaj przeprowadza się tylko test dla pojedynczej przyczyny, a kryterium zaliczenia lub niezaliczenia jest to, czy dojdzie do pożaru lub wybuchu. W rzeczywistym scenariuszu termicznego biegu baterii na wczesnym etapie może go spowodować jeden czynnik, ale w miarę rozwoju procesu termicznego biegu zaczyna on stopniowo ewoluować w sytuację, w której wiele czynników działa jednocześnie, co sprawia, że skutki termicznego biegu stają się poważniejsze. Badanie efektu sprzężenia fosforanowych baterii litowo-jonowych w różnych warunkach nadużyć ma praktyczne znaczenie. Przeładowywanie uważa się zaważną przyczynę pożarów baterii. Wczesny standard przeładowywania dla baterii konsumenckich wynosił 3C/4.8V. Ponieważ baterie konsumenckie są zwykle używane samodzielnie oraz dzięki postępom w technologii baterii, termiczny bieg spowodowany przeładowywaniem został istotnie zmniejszony, a obecne standardy znacząco osłabły wymagania dotyczące parametrów przeładowywania. Testy przegrzania zazwyczaj symulują topnienie dielektryka lub dekompozycję filmu interfejsu elektrolitu stałego (SEI) przy temperaturze 130°C lub 85°C.

Problem bezpieczeństwa baterii jest zasadniczo powiązany z ich właściwościami termicznymi. D.P. Kong i inni badali właściwości termiczne baterii litowo-żelazno-fosforowych po lokalnym nagrzaniu w różnych miejscach i stwierdzili, że nagrzewanie dna baterii bardziej łatwo prowadzi do ucieczki termicznej niż nagrzewanie innych pozycji. P.J. Liu i inni badali wpływ dwóch metod nadużywania, przegrzania i przeladowywania, na ucieczkę termiczną baterii litowo-żelazno-fosforowych. Wyniki pokazały, że w porównaniu z przegrzaniem, ryzyko pożaru spowodowanego przez przeladowywanie jest większe, a bateria pali się gwałtowniej podczas testów. Ucieczka termiczna jest również znacząco związana ze stanem naładowania (SOC) baterii. Na przykład, P.J. Liu i inni użyli płyty grzewczej do symulacji procesu ucieczki termicznej wywołanej przez nadużywanie sąsiednich baterii w module i odkryli, że temperatura wyzwalająca przy 50% SOC jest wyższa niż przy 100% SOC baterii. K. Wang i inni przeprowadzili test przeladowywania baterii litowo-żelazno-fosforowych przy 0,5C i stwierdzili, że gazy wydzielone podczas ucieczki termicznej baterii były przede wszystkim wodorem (H2), tlenkiem węgla (CO) i dwutlenkiem węgla (CO2), oraz różnymi alkankami.

Dużym skalnym połączeniem szeregowo i równolegle baterii znacząco zwiększa się prawdopodobieństwo ryzyka przeladowania i przeładowiania, ponieważ jeśli jedna bateria ma problem, rozprzestrzenianie się ciepła może spowodować, że cała bateria zapali się i eksploduje. Ponadto, wytworzony gaz łatwopalny, mieszany z powietrzem, może również spowodować bardziej poważne wybuchy.

Aby poprawić bezpieczeństwo baterii w rzeczywistych warunkach zastosowania, konieczne jest wzmocnienie ich odporności na wiele rodzajów uszkodzeń, co staje się punktem kluczowym zarówno w środowisku akademickim, jak i przemysłowym.

Ponadto, podczas korzystania z baterii, należy unikać ładowania jej po całkowitym wyczerpaniu energii, co łatwo może spowodować nieodwracalne uszkodzenia baterii.

Gdy bateria fosforanowa litu jest pełna, ładowanie powinno zostać natychmiastowe zakończone, ponieważ w przeciwnym razie dojdzie do przeladowania, co skróci żywotność baterii lub spowoduje nawet niebezpieczne sytuacje, takie jak krótkie zamykanie.

Użycie baterii w środowisku o wysokiej temperaturze wpłynie również na jej wydajność.

Metoda rozładunku prądem stałym polega na kontrolowaniu wielkości prądu rozładowania, aby bateria wydawała energię w stałym tempie. Jest ona odpowiednia do szybkiego rozładunku baterii litowo-żelazno-fosforowych.