على خلفية كهربة النقل العالمية, بطاريات الليثيوم أيون هي مصدر الطاقة الأساسي للسيارات الكهربائية (المركبات الكهربائية), وتتحسن كثافة الطاقة وكفاءة الشحن/التفريغ بسرعة. أدى هذا التقدم إلى توسيع نطاق القيادة بشكل كبير, ولكنها وضعت أيضًا متطلبات أعلى وتحديات جديدة على تكنولوجيا سلامة المركبات. من بين العديد من مخاطر السلامة المحتملة, لقد كان الهروب الحراري دائمًا محورًا لمناقشات المهندسين. إذن ما هو الهروب الحراري من حيث صلته بالمركبات الكهربائية? أصبح منع الهروب الحراري هو الشغل الشاغل لشركات صناعة السيارات, مشغلي الأسطول, والمستخدمين النهائيين. هذه الظاهرة لا تتعلق فقط بالامتثال الفني, ولكن أيضًا حول سلامة الركاب ومستقبل العلامات التجارية. ستقدم هذه المقالة تحليلاً مفصلاً لجميع جوانب الانفلات الحراري في السيارات الكهربائية, بدءًا من تعريفه الأساسي وأسبابه الجذرية وحتى استراتيجيات الوقاية العملية.
يشير الهروب الحراري إلى حالة لا يمكن السيطرة عليها, التفاعل المتسلسل الطارد للحرارة المستمر الذي يحدث داخل بطارية ليثيوم أيون, مما يتسبب في تسخين البطارية بسرعة غير طبيعية. عندما تتجاوز درجة حرارة البطارية الحد الحرج, يحدث الهروب الحراري, مما يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات الكيميائية المتسلسلة التي تطلق كميات كبيرة من الحرارة, الغازات القابلة للاشتعال, والانبعاثات السامة.
يحدث هذا التفاعل المتسلسل عندما يتجاوز المعدل الذي تولد به البطارية الحرارة معدل تبديد الحرارة إلى البيئة المحيطة. هذا الخلل يسبب فجأة, الزيادة الأسية في درجة الحرارة, بلغت ذروتها في أكثر من 1000 درجة مئوية. خلال هذه العملية, تطلق البطارية غازات سامة وشديدة الاشتعال. الخطر الأكبر ليس فشل بطارية واحدة, ولكن الانتشار الحراري. يمكن للحرارة الناتجة عن البطارية الهاربة أن تنتشر إلى البطاريات المجاورة, مما يتسبب في تجاوز درجات الحرارة الحد الحرج وإحداث تأثير الدومينو الذي يمكن أن يبتلع حزمة البطارية بأكملها في غضون ثوانٍ, مما يؤدي إلى النار, انفجار, وأضرار لا رجعة فيها.
للسيارات الكهربائية, وهذا ليس مجرد خطر نظري, ولكنه تهديد حقيقي يعرض سلامة المركبات وثقة المستهلك للخطر.
ما هو الهروب الحراري من حيث صلته بالمركبات الكهربائية?
وقد أوضح "ما هو الهروب الحراري من حيث صلته بالمركبات الكهربائية?", دعونا الآن نفهم الأسباب المختلفة للهروب الحراري في بطاريات السيارات الكهربائية. ويمكن تلخيص الأسباب الرئيسية في الفئات الأربع التالية:
الأضرار المادية هي السبب الرئيسي للأحداث الحرارية الجامحة في السيارات الكهربائية, المحاسبة لأكثر من 37% من الحالات المسجلة. وهذا يشمل تأثيرات شديدة, اختراق الأجسام الصلبة, إلخ., وكلها تؤدي إلى إتلاف البنية الداخلية للبطارية, فاصل, أو غلاف. حتى الأضرار الطفيفة وغير المحسوسة الناجمة عن التأثيرات منخفضة السرعة يمكن أن تؤدي إلى حدوث ماس كهربائي داخلي محتمل وتسبب الهروب الحراري بعد ساعات أو أيام.
يمكن أن يحدث الانفلات الحراري عندما يتم تشغيل البطارية بما يتجاوز حدود الجهد والتيار التصميمي. تشمل الأسباب الرئيسية:
2.1 الشحن الزائد: يمكن أن يؤدي إدخال تيار زائد إلى البطارية إلى ترسب الليثيوم على الأنود, تشكيل التشعبات التي يمكن أن تخترق الفاصل وتسبب ماس كهربائي داخلي.
2.2 الإفراط في التفريغ: يؤدي تفريغ جهد البطارية أقل من الحد الأدنى للجهد إلى إتلاف طبقة SEI وبنية القطب الموجب, زيادة المقاومة الداخلية وتوليد المزيد من الحرارة في دورات الشحن اللاحقة.
يحدث الإجهاد الحراري عندما تتعرض البطارية لدرجات حرارة شديدة تتجاوز نطاق التشغيل الأمثل لها. تؤدي درجات الحرارة المفرطة إلى ذوبان الفاصل وتقلصه. بمجرد فشل الفاصل, فهو يخلق ماس كهربائى داخلي واسع النطاق, توليد كميات هائلة من الحرارة على الفور.
حتى بدون إساءة خارجية, يمكن أن تؤدي عيوب التصنيع والتصميم المحتملة إلى الهروب الحراري.
يتطلب منع الهروب الحراري إجراء متعدد الطبقات, نهج استباقي. حالياً, ويمكن تلخيص استراتيجيات الوقاية الأكثر فعالية في الفئات الأساسية الست التالية:
يعد نظام BTMS عالي الأداء هو الأساس لمنع الهروب الحراري, الحفاظ على كل خلية في حزمة البطارية ضمن نطاق درجة الحرارة الأمثل لها. تعتبر أنظمة التبريد السائلة النشطة هي المعيار الصناعي للحافلات والشاحنات الكهربائية الحديثة. ويستخدم سائل التبريد المتدفق عبر ألواح التبريد الملامسة للخلايا, إزالة الحرارة بسرعة باستخدام السعة الحرارية العالية للسائل. وهذا يحقق تحكمًا موحدًا في درجة الحرارة حتى أثناء الشحن عالي الطاقة, تسارع سريع, أو درجات الحرارة المحيطة القصوى.
على سبيل المثال, يحافظ نظام التبريد السائل في TKT على درجة حرارة موحدة للبطارية, منع تراكم الحرارة في المراحل الأولية. اضغط لتتعلم المزيد.
يمكن لنظام إدارة المباني المتقدم مراقبة جهد الخلية بشكل مستمر, حاضِر, درجة حرارة, والمقاومة الداخلية في الوقت الحقيقي. من خلال خوارزميات متطورة للغاية, يمكن لنظام إدارة المباني تحديد حالة البطارية وحالتها الصحية. عندما يتم اكتشاف حالة شاذة, يمكنها اتخاذ التدابير المناسبة على الفور: تقليل معدل الشحن/التفريغ, تفعيل نظام إدارة البطارية (BTMS) لتعزيز التبريد, عزل الخلية المعيبة, أو قم بإغلاق نظام البطارية بالكامل لمنع الهروب الحراري.
تقلل هذه التحسينات في الخلايا أيضًا من خطر الهروب الحراري تحت الأحمال العالية.
3.1 مواد القطب مع الاستقرار الحراري الممتاز.
3.2 إلكتروليت مثبط للهب وفاصل مطلي بالسيراميك مقاوم لدرجات الحرارة العالية.
3.3 صمام تخفيف الضغط المدمج وقرص التمزق.
لمنع تبديد الحرارة في حالة فشل خلية واحدة, يجب أن تشتمل حزمة البطارية على طبقات عازلة للحرارة وطبقات عازلة مقاومة للحريق. هذه التدابير تحصر الحرارة داخل الخلية المعيبة, منع انتشاره إلى الخلايا المجاورة, وبالتالي تخفيف أو منع الهروب الحراري.
يوصي مصنعو المركبات بوضع البطارية ضمن منطقة محمية من هيكل السيارة أثناء تصميم السيارة لتجنب نقل جميع القوى الخارجية مباشرة إلى البطارية أثناء الاصطدام.
تلعب إجراءات التشغيل المناسبة للمستخدمين النهائيين ومشغلي الأساطيل أيضًا دورًا حاسمًا في تخفيف المخاطر. يوصى باستخدام معتمد, معدات الشحن المعتمدة من قبل الشركة المصنعة. تجنب الشحن في درجات الحرارة العالية أو المنخفضة للغاية. قم بإجراء فحوصات منتظمة لحالة البطارية ومعالجة أي تلف في البطارية على الفور.
تحدد مرحلة التصنيع الجودة الجوهرية للبطارية: مرة واحدة عيوب ماس كهربائى الداخلية, عيوب التغليف, أو دخول بقايا المواد إلى حزمة البطارية, ومن الصعب للغاية التعويض عنها من خلال البرامج أو الأجهزة الخارجية أثناء الاستخدام اللاحق في السيارة. لذلك, الحماية الحرارية الهاربة ليست فكرة لاحقة; ويجب دمجها في كل مرحلة من مراحل تصنيع السيارات الكهربائية والبطاريات. رقابة صارمة على الجودة, مثل الاهتزاز, الأداء الكهربائي, واختبار السلامة, يجب تنفيذها أثناء عملية التصنيع.
غالبًا ما يكون التصور العام أعلى من معدل الحوادث الفعلي, ويرجع ذلك أساسًا إلى التغطية الإعلامية رفيعة المستوى لحرائق المركبات الكهربائية.
في الصين, أكبر سوق للسيارات الكهربائية في العالم, أفاد المكتب الوطني للإطفاء والإنقاذ أن معدل الحريق للسيارات الكهربائية هو 7.175 لكل مليون مركبة, ما يقرب من سدس ذلك للسيارات التي تعمل بالبنزين. في الولايات المتحدة, تظهر بيانات الصناعة حول 25 حرائق لكل 100,000 المركبات الكهربائية, مقارنة ب 1,530 حرائق لكل 100,000 مركبات البنزين.
في حين أن الهروب الحراري في السيارات الكهربائية نادر للغاية من الناحية الإحصائية, وعواقبه أشد خطورة بكثير. عادة ما تقدم حرائق المركبات التي تعمل بالبنزين 3-5 دقائق للإخلاء, بينما يمكن أن يؤدي الهروب الحراري في بطارية السيارة الكهربائية إلى اشتعال حزمة البطارية بأكملها في غضون دقيقة واحدة, الوصول إلى درجات حرارة تتجاوز 1000 درجة مئوية وتنتج غازات سامة. لذلك, فحتى أحداث الانفلات الحراري النادرة تتطلب أنظمة حماية قوية واستباقية.
الجواب هو نعم. يمكن تجنب الغالبية العظمى من الأحداث الحرارية المنفلتة إذا تم اكتشافها ومعالجتها قبل أن تصل البطارية إلى عتبة درجة الحرارة الحرجة.
تؤكد أبحاث الصناعة والخبراء أن الهروب الحراري لا يحدث على الفور. هناك علامات تحذيرية, تتراوح من دقائق إلى ساعات, قبل أن يبدأ رد الفعل. وتشمل هذه العلامات:
1. ارتفاع غير طبيعي في درجات الحرارة أو ظهور نقاط ساخنة موضعية في الخلايا الفردية, حتى لو كانت درجة الحرارة لا تزال أقل من العتبة الحرجة.
2. زيادة غير متوقعة في مقاومة الجهد الداخلي.
3. إطلاق مركبات متطايرة وكميات ضئيلة من الغاز من البطارية.
4. زيادة طفيفة في الضغط داخل حزمة البطارية.
يمكن لأنظمة المراقبة المتقدمة اكتشاف علامات الإنذار المبكر هذه بدقة عالية للغاية. عند استخدامه مع نظام الإدارة الحرارية للبطارية عالي الأداء (BTMS), يمكن لهذه الأنظمة اتخاذ تدابير فورية واستباقية لمنع الهروب الحراري. ويكمن مفتاح الوقاية الناجحة في الجمع بين الكشف المبكر شديد الحساسية ونظام الإدارة الحرارية عالي الأداء.
في حالة الأضرار الميكانيكية الشديدة, لا يمكن لأساليب المراقبة والإدارة الحرارية التقليدية الحالية أن تمنع الانفلات الحراري بشكل كامل, ولكن التصميم الجيد يمكن أن يحد من انتشاره ويقلل من خطورته.
كشركة رائدة في تصنيع أنظمة الإدارة الحرارية لبطاريات المركبات الكهربائية في الصين, TKT تفتخر 10 سنوات ر&د والخبرة في التصنيع, ملتزمون بتوفير قوية, موثوق, حلول الإدارة الحرارية من فئة OEM, وضع معيار صناعي للوقاية من الانفلات الحراري. كمورد موثوق به لشركة Fortune 500 ماركات السيارات مثل BYD, تاتا موتورز, وتبديل التنقل, نظام الإدارة الحرارية للبطارية من TKT (BTMS) تهدف الحلول إلى القضاء على مخاطر الانفلات الحراري من مصدرها وإظهار الأداء المتفوق في ظل ظروف التشغيل الأكثر قسوة.
1. التحكم الدقيق في درجة الحرارة
2. التكنولوجيا المهنية المخصصة OEM
3. تصميم قوي وموثوق
4. الشهادات الرائدة في الصناعة
5. تصميم خفيف الوزن وفعال
أعتقد أنك تفهم الآن "ما هو الهروب الحراري من حيث صلته بالمركبات الكهربائية." يعد الهروب الحراري أحد أخطر تحديات السلامة التي تواجه صناعة السيارات الكهربائية العالمية. من خلال اكتساب فهم عميق لأسبابه الجذرية, اعتماد استراتيجيات وقائية متعددة الطبقات, واستخدام أنظمة الإدارة الحرارية المتقدمة, يمكن لشركات صناعة السيارات القضاء على جميع مخاطر الانفلات الحراري تقريبًا. تفتخر TKT بكونها في طليعة هذا المجال, توفير نظام الإدارة الحرارية للبطارية على مستوى OEM (BTMS) حلول لحماية حزم البطارية, تعزيز سلامة الركاب, وتسريع التحول العالمي إلى التنقل الكهربائي.
لمزيد من المعلومات حول كيف يمكن لنظام الإدارة الحرارية للبطارية من TKT تحسين سلامة وأداء سيارتك الكهربائية, يرجى الاتصال بفريقنا الهندسي اليوم للحصول على استشارة حول الحلول المخصصة.
مزيد من القراءة: أخبار وتحديثات الإدارة الحرارية, 24مكيف هواء الحافلة: اختيار جديد للحافلات التقليدية الصغيرة, دليل صيانة تكييف الهواء الحافلة
فيسبوك: https://www.facebook.com/TKTHVAC/
ينكدين: https://www.linkedin.com/company/tkt-hvac
يوتيوب: https://www.youtube.com/@TKTHVAC
