Al final de los comentarios del video original, muchos amigos dijeron que el video era incomprensible. Este artículo divide los puntos de conocimiento en las siguientes partes:
1. métodos de prueba estándar para la seguridad de la batería
2. Introducción a los diferentes tipos de baterías
3. Revisión de los parámetros de la batería de la hoja
4.
5. Opiniones de los ingenieros sobre las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías de litio ternarias.
6. Resumen
Introducción a los métodos de prueba de estándares nacionales de seguridad de baterías actuales
En los requisitos nacionales de seguridad de baterías, las celdas de batería, los paquetes de baterías o los sistemas de vehículos eléctricos El daño causado se refiere a:
-Fugas, que pueden causar voltaje excesivo del sistema de batería y falla de aislamiento, lo que indirectamente conduce a descargas eléctricas e incendios en el sistema de batería;
-Fuego, quemaduras directas al cuerpo humano;
——La explosión daña directamente el cuerpo humano, incluidas quemaduras por altas temperaturas, daños por ondas de choque y daños por fragmentos de explosión;
-Descarga eléctrica , daño causado por la corriente que fluye a través del cuerpo humano.
Por lo tanto, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información ha diseñado métodos de prueba estándar nacionales especialmente para la seguridad de las baterías basados en estas situaciones peligrosas. ¿Se siguen utilizando en China las pruebas de seguridad de baterías para vehículos eléctricos? 2015? versión de la norma nacional, basada en? ¿GB/T? 31485-2015? ¿Requisitos de seguridad y métodos de prueba para baterías de energía para vehículos eléctricos? ¿GB/T? 31467.3-2015 "¿Paquetes y sistemas de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos?" Parte 3: Requisitos de seguridad y métodos de prueba, ¿y el plan de desarrollo estándar actualizado ya está disponible? 2016 año? Se lanzará oficialmente en septiembre y junio. ¿Cuál es el número del plan? 20160967-?Q-339.
Los elementos de prueba de seguridad de baterías estándar nacional existentes se dividen principalmente en: prueba de vibración, choque mecánico, colisión simulada, extrusión, choque de temperatura, ciclo de calor y humedad, inmersión en agua de mar, externo. fuego, niebla salina, gran altitud, protección contra sobrecorriente, protección contra sobretemperatura, protección contra cortocircuitos, protección contra sobrecarga, protección contra sobredescarga. Cuando la nueva norma nacional aún no se ha implementado oficialmente, ¿pueden las empresas de vehículos de nueva energía implementar selectivamente las pruebas de sobrecarga y difusión térmica especificadas en la nueva norma nacional de 2015? La prueba de acupuntura requerida por la versión estándar nacional ahora es implementada selectivamente por las empresas como un elemento opcional.
Condiciones de prueba: ¿Cuál es el rango de temperatura requerido para la temperatura ambiente en el último estándar? 22 ℃ ± 5 ℃, ¿cuál es la humedad relativa? 10% ~ 90%, ¿cómo se define la presión atmosférica? 86 kpa ~ 106 kpa, ¿estado de carga? ¿SOC? ¿Por quién? ¿100%? Cambiar a 50%.
Introducción a los diferentes tipos de baterías
Después de comprender los métodos de prueba estándar nacionales para la seguridad de las baterías, también debemos comprender los diferentes tipos de baterías. Actualmente, la mayoría de las baterías eléctricas utilizadas en vehículos eléctricos puros son baterías de iones de litio, como baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de litio ternarias, baterías de manganato de litio, baterías de óxido de cobalto y litio, baterías de titanato de litio, etc. La estructura básica de una batería de iones de litio consta principalmente de electrodo positivo, electrodo negativo, electrolito, separador, colector de corriente, cable de electrodo y carcasa.
Los consumidores habituales oyen hablar principalmente de baterías de fosfato de hierro y litio y de baterías de litio ternarias. ¿Qué incluyen principalmente las baterías ternarias de litio? ¿MNC? Baterías prismáticas proporcionales (baterías comunes Contemporary Amp Technology Co., Ltd. NCM811), baterías cilíndricas con relación NCA (generalmente suministradas a Tesla por baterías Panasonic? 21700) y? Baterías de fosfato de hierro y litio, estos nombres en realidad se basan en los materiales del electrodo positivo de la batería.
Los materiales del cátodo de las baterías de energía se pueden dividir en óxido de litio y cobalto (LCO), manganato de litio (LMO), fosfato ferroso de litio (LFP), baterías ternarias de litio (manganato de litio, níquel y cobalto NCM, níquel cobalto, aluminato de litio NCA). ) y otras rutas técnicas. El electrodo negativo suele estar compuesto por un electrodo negativo a base de carbono, como el grafito y el grafeno, un electrodo negativo a base de titanio, como el titanato de litio, o un electrodo negativo a base de aleaciones, como el silicio y el estaño. El electrolito es una solución orgánica que contiene sales de litio, que son vehículos que permiten el flujo de iones de litio (Li+). ¿LiPF6? Sistemas de disolventes mixtos. El separador suele estar hecho de una película de polietileno o polipropileno y sirve para separar los electrodos positivo y negativo, proporcionando una barrera para el paso de los electrones libres. Canal Li+Shuttle.
El colector de corriente tiene un electrodo positivo y un electrodo negativo. El colector de corriente positivo suele ser de aluminio y el colector de corriente negativo suele ser de cobre o níquel.
Revisión de los parámetros de la batería del blade
Después de leer la explicación anterior, los amigos que no están familiarizados con la tecnología de baterías vuelven a tener dudas. ¿Qué es la batería blade de BYD? De hecho, el material del electrodo positivo de la batería Blade también es fosfato de hierro y litio, pero ¿hay mucho más en la batería Blade? ¿CTP? Tecnología, diseño de celda única. Entonces, en el video experimental de la prueba comparativa, la batería Blade se ve muy diferente de la batería de fosfato de hierro y litio.
Imagen de: Autohome
Esencialmente, las baterías blade de BYD todavía pertenecen a la categoría de baterías de fosfato de hierro y litio. ¿Es solo que la batería del BYD Blade desarrollada por sí misma es más larga que eso? 0.6? Las celdas de batería también están evolucionando hacia una gran capacidad, pero la forma de las celdas es más plana y estrecha (los lados largos se pueden personalizar y la longitud máxima estable de las celdas puede ser de ? 2100 mm). " y se inserta en la batería. Grupo, por eso se llama "Batería Blade". ¿Es esta la "batería Blade" con la que estará equipado el último modelo de BYD Han? ¿Se ha aumentado el volumen específico de energía? 50%, ¿reducción de costes? 30%, ¿se alcanza la autonomía de crucero? 605 kilómetros.
Además, ¿vamos a dar una breve introducción aquí? ¿CTP? ¿Qué quieres decir? De hecho, los paquetes de baterías actualmente instalados en vehículos eléctricos generalmente se ensamblan a partir de celdas en módulos, y luego los módulos se instalan en el paquete de baterías, formando un modelo de ensamblaje de tres niveles de "paquete de celdas-módulo-batería". Entonces qué. CTP, ¿verdad? ¿celúla? ¿A dónde ir? PACK integra unidades de batería directamente en un paquete de baterías, eliminando la necesidad de módulos intermedios. Dado que el módulo está directamente integrado en el paquete de baterías, la utilización del volumen de la batería blade de BYD ha mejorado considerablemente en comparación con la antigua batería ternaria de litio, y la densidad de energía del sistema también se puede mejorar indirectamente.
Interpretación de experimentos de acupuntura con baterías de cuchillas
Las características térmicas dinámicas de las baterías eléctricas en condiciones de cortocircuito interno es un área de investigación de gran preocupación para muchos fabricantes de baterías eléctricas. El tamaño del área interna de cortocircuito es un factor importante que afecta el comportamiento de cortocircuito en la batería. Cuanto mayor sea el radio del área de cortocircuito dentro de la batería, mayor será el calor liberado por la reacción y mayor será la temperatura máxima alcanzada por el cortocircuito interno. Según el mecanismo de calentamiento de la batería, el calor de reacción secundaria generado en condiciones de abuso es un caso extremo de calentamiento de la batería. La prueba de acupuntura es un método de prueba extremo basado en estos antecedentes.
El proceso del experimento de acupuntura no es complicado. Según los estándares nacionales para los métodos de prueba de acupuntura, ¿el diámetro debe ser? ¿6-10mm? La aguja de acero resistente a altas temperaturas (ángulo del cono de la punta de la aguja 45 ~? 60), a una velocidad de (25 ± 5) mm/s, desde la dirección perpendicular a la placa de la batería, la posición de penetración debe estar cerca de la geometría centro de la superficie de penetración, y la aguja de acero debe permanecer en la batería y observar durante 1 hora. Si no se incendia ni explota, se considera calificado.
En el vídeo publicado por BYD, las muestras de baterías utilizadas en la prueba comparativa de acupuntura eran todas baterías de automóviles producidas por BYD. Las tres muestras experimentales eran baterías ordinarias de fosfato de hierro y litio, baterías ternarias de iones de litio NCM622 y Blade. batería. Debido al incendio en el video y la alta temperatura de la superficie de la batería ternaria de litio después del experimento, los internautas provocaron acaloradas discusiones.
Resultados experimentales:
¿NCM622? Batería ternaria de iones de litio: en el momento en que la aguja de acero penetra la batería, la carcasa de la batería se expande rápidamente, la válvula de alivio de presión de la batería se abre, el electrolito interno de alto voltaje sale a borbotones, la batería se incendia y la temperatura de la superficie de la carcasa de la batería supera los 500 °C.
Batería ordinaria de fosfato de hierro y litio: después de la fuga térmica, la temperatura interna y la presión de la batería aumentan rápidamente, la carcasa de la batería se expande hasta cierto punto, la válvula de alivio de presión de la batería se abre y la batería no se engancha. incendiarse o explotar ¿Cuál es la temperatura de la superficie de la carcasa de la batería? 200 ℃ -400 ℃.
Batería de hoja: después de que la aguja de acero perfora la batería, el voltaje de la batería cae, no hay chispas, humo ni eyección de electrolito en el lugar de la perforación, y la carcasa de la batería no se expande. La temperatura de la superficie de la carcasa de la batería es de 30 ℃ -60 ℃.
¿Por qué los resultados experimentales son tan diferentes? Primero, necesitamos saber qué significan la fuga térmica y la difusión térmica respectivamente. La fuga térmica (¿térmica? ¿fuga de control) se refiere al fenómeno de que la temperatura de la batería aumenta incontrolablemente debido a la reacción exotérmica en cadena de las celdas de la batería. ¿Difusión térmica? (¿Térmica? Propagación) se refiere al fenómeno de que la fuga térmica de otras celdas de batería en el paquete o sistema de baterías es causada por la fuga térmica de una celda de batería. El experimento de acupuntura simula un cortocircuito interno en una batería de iones de litio. Cuando la aguja de metal se inserta lentamente en la batería de iones de litio a cierta velocidad, se produce un cortocircuito interno en la batería. En este momento, la electricidad de la batería se libera a través del punto de cortocircuito y esta parte del calor finalmente se convierte en energía térmica.
Dado que el calor generado no se puede difundir en el tiempo, ¿cuál puede alcanzar la temperatura instantánea del punto de cortocircuito? Por encima de los 1000 °C, se produce una fuga térmica.
Modelo matemático del calor de reacción
Desde el punto de vista químico, el electrolito de las baterías de iones de litio suele contener carbonato. Los carbonatos se descompondrán a altas temperaturas para producir hidrógeno y los radicales libres de hidrógeno reaccionarán con el oxígeno para producir radicales libres de hidroxilo y los radicales libres de oxígeno reaccionarán con el hidrógeno para producir más radicales libres de hidrógeno, y así sucesivamente. Por lo tanto, una vez que se produce una fuga térmica, las consecuencias serán un accidente de combustión espontánea muy grave.
Basado en este video experimental, cuando una batería ternaria de litio se cortocircuita en la batería, ¿cuál es la temperatura de descomposición del material del cátodo? Alrededor de 200°C, el calor generado después de la fuga térmica no se puede difundir a tiempo, por lo que es un proceso irreversible después de la fuga térmica. Las baterías Blade son baterías de fosfato de hierro y litio. ¿Cuál es la temperatura de descomposición del material del cátodo? ¿500 ° C? Lo más importante es que la temperatura de fuga térmica es más alta que la de las baterías ternarias de iones de litio, y las celdas individuales de las baterías Blade son muy delgadas, por lo que la liberación de calor causada por el cortocircuito interno de la batería. no es obvio y no se producirá una fuerte fuga térmica. Y en comparación con las baterías ordinarias de fosfato de hierro y litio, la carcasa de la batería de hoja tiene un área de disipación de calor más grande y el calor generado se puede difundir en el tiempo, por lo que la temperatura de la superficie de la carcasa de la batería siempre se mantiene a? 30 ℃ -60 ℃ Durante el experimento, ni siquiera los huevos colocados en la superficie de la cáscara de la batería se cocinaron.
Después de que se publicó el video, algunos internautas atentos encontraron en Weibo comentarios que en la sección de video de la batería de la cuchilla, el huevo colocado en la superficie de la cáscara de la batería de la cuchilla no siempre estaba colocado sobre la batería. El fabricante no respondió a esta pregunta, pero a juzgar por los datos de cambio de temperatura de la carcasa de la batería del blade, puede que se trate simplemente de un problema de edición. Debido a que la prueba de punción requiere una hora de observación, es imposible registrar todo el proceso en este vídeo. Para las baterías de cuchillas que no tienen una fuga térmica severa, es probable que los ingenieros hayan colocado huevos en la superficie de la batería durante la segunda mitad del período de espera. Si tiene preguntas sobre este lugar, luego iremos a la fábrica de BYD para grabarle un video de toda la prueba de acupuntura.
La tasa de aprobación de los exámenes de acupuntura es extremadamente baja.
De hecho, no es de extrañar que aparezcan resultados experimentales de este tipo. En los datos anteriores, la tasa de aprobación del examen de acupuntura fue extremadamente baja. ¿Por qué? 2017 año? 1?mes? En el "Reglamento administrativo sobre fabricantes de vehículos de nueva energía y acceso a productos" publicado el 17 de junio, ¿GB/T? ¿Aún no se ha implementado la prueba de acupuntura en 31485-2015? ¿Estudio del grupo de redacción? ¿IEC? 62660-2, CEI? 62660-?3? y no se han adoptado otros estándares para evaluar la seguridad de la batería.
Las perspectivas futuras del fosfato de hierro y litio y el litio ternario
En el catálogo de promoción de vehículos de nueva energía de este año, descubrimos que las baterías BYD son ideales, Contemporary Amperex Technology Co., Ltd., BAIC Nueva batería de fosfato de hierro y litio con uso limitado de energía, ¿Tesla nacional en el futuro? ¿modelo? 3? También se utilizarán baterías de fosfato de hierro y litio. Parece haber señales de que es probable que las baterías de fosfato de hierro y litio regresen, entonces, ¿se reemplazarán las baterías de litio ternarias?
¿Se utiliza una batería de fosfato de hierro y litio de Ampere Technology Co., Ltd. contemporánea en la nueva energía BAIC?
La verdad es que no lo creo. Debido a que la densidad de energía de las baterías de fosfato de hierro y litio no se puede mejorar significativamente con la arquitectura de materiales y la tecnología de I + D existentes, es difícil cumplir con los crecientes requisitos de autonomía de los futuros vehículos eléctricos y los requisitos de planificación del desarrollo de baterías de energía propuestos por el país. 2020 ¿Cuál es la densidad de energía anual de la batería? ¿300Wh/kg, 2025? ¿400 Wh/kg, alcanzados en 2030? 500 Wh/kg.
En 2019, los principales fabricantes instalaron baterías de litio de diferentes tipos de materiales (imagen de: Automóviles y Accesorios)
En el ámbito de los turismos para usuarios comunes, especialmente Para los vehículos eléctricos puros de larga autonomía, las baterías de litio ternarias de alta densidad de energía tienen ventajas obvias a la hora de aumentar la autonomía de conducción de los vehículos eléctricos. Sin embargo, en comparación con las baterías de fosfato de hierro y litio, las baterías ternarias de litio tienen una seguridad térmica deficiente y son propensas a una fuga térmica en condiciones extremas de abuso, lo que es una prueba severa para su futura aplicación y promoción en vehículos eléctricos.
Proporciones recomendadas en el catálogo de automóviles para baterías de fosfato de hierro y litio para automóviles de pasajeros (imágenes de: Automóviles y accesorios)
Especialmente después de la introducción de las baterías Blade, la densidad volumétrica de energía ha aumentado y la El peso total es cercano a los tres yuanes. Las baterías de litio tienen suficiente densidad de energía para satisfacer las necesidades de la mayoría de los automóviles familiares. Junto con su diseño delgado y liviano, puede satisfacer las necesidades de diseño de diferentes tipos de vehículos puramente eléctricos.
Opiniones de ingenieros de empresas de vehículos de nuevas energías
A partir de la elección de las líneas de baterías, también entrevistamos a BAIC New Energy? ¿Pekín? Varias preguntas de los ingenieros de marca Las respuestas específicas de los ingenieros son las siguientes.
1. Algunas empresas de automóviles han comenzado a reutilizar baterías de fosfato de hierro y litio. ¿Se convertirán las baterías de fosfato de hierro y litio en la corriente principal en el futuro?
Durante el XIII Plan Quinquenal, con el rápido desarrollo de las baterías ternarias, la densidad energética de las baterías de fosfato de hierro y litio también ha mejorado considerablemente. ¿2015? ¿Sobre 2008? ¿125Wh/kg? ¿Ascendido para cerrar? 170Wh/kg, algunas baterías alcanzan los 180Wh/kg. ¿Gracias a la densidad energética de las baterías de fosfato de hierro y litio? ¿50% de actualización, así como la actualización de la tecnología de integración del sistema de baterías, ahora con el mismo volumen, en 2015? ¿Solo puedes correr todos los años? ¿200 kilómetros? ¿Tu coche funciona ahora? Este rango de kilometraje de 300 a 350 km ha podido satisfacer algunas demandas del mercado, junto con la ventaja de costos sobre las baterías ternarias, las baterías de fosfato de hierro y litio se han afianzado firmemente en este mercado.
Pero según los datos publicados por el Centro de Datos e Información de China, ¿400 km? La autonomía de crucero mencionada sigue siendo la demanda actual de la mayoría de los usuarios de vehículos eléctricos. En base a esto, las baterías ternarias de alta energía específica seguirán siendo la demanda principal en el mercado.
2. ¿Predecir la dirección de desarrollo futuro de las soluciones de baterías de litio ternarias y fosfato de hierro y litio?
Ante la demanda diferenciada del mercado, las baterías ternarias de litio de alta densidad energética se seguirán utilizando en vehículos con mayor autonomía. En comparación con algunos usuarios que solo necesitan satisfacer las necesidades diarias de kilometraje y buscar la rentabilidad, las baterías de fosfato de hierro y litio son simplemente una mejor opción. Así que creo que ambos ocuparán sus propias cuotas de mercado diferentes. En el futuro, las baterías de litio ternarias aprovecharán al máximo las ventajas de la alta densidad de energía y se centrarán en resolver sus propios problemas de seguridad e inestabilidad de las baterías, mientras que las baterías de fosfato de hierro y litio seguirán aumentando la densidad de energía.
3. ¿Se reemplazará el modelo de la marca por una batería de fosfato de hierro y litio en el futuro?
BAIC New Energy ofrece a los usuarios una variedad de configuraciones de productos, incluidos modelos de baterías de fosfato de hierro y litio. Las demandas diferenciadas del mercado generan configuraciones de productos diferenciadas, creando diferentes matrices de productos para diferentes grupos de usuarios.
Los ingenieros de turismos de SAIC también expresaron sus opiniones sobre la selección de líneas de alimentación de baterías. Las opiniones de los ingenieros son las siguientes:
En las primeras etapas del desarrollo de los vehículos eléctricos, la densidad energética del paquete de baterías era < 140 Wh/kg, ¿qué pasa entonces con todo el vehículo? ¿CONSEJO ECONÓMICO Y SOCIAL? ¿La autonomía de crucero es mayoritariamente inferior a? 300 kilómetros en ese momento, el cuello de botella que afectaba el desarrollo de los vehículos eléctricos era la autonomía de crucero, sumado al apoyo de las políticas de subsidios nacionales, podía compensar la falta de economía, por lo que las baterías ternarias de litio eran la primera opción. Con el declive de la nueva política nacional de subsidios a la energía, todos enfrentan una gran presión para reducir costos. Al mismo tiempo, la densidad de energía y las deficiencias de carga de las baterías de fosfato de hierro y litio, que han sido criticadas por la gente, también han mejorado con el desarrollo de la tecnología.
En términos de densidad energética, la tecnología de uso de CTP (Cell? Where? PACK), es decir, la integración directa de baterías en el paquete de baterías, ha madurado. La integración del paquete de baterías es más eficiente y el consumo de energía. El consumo de todo el vehículo es menor. ¿Se ha aumentado la duración de la batería del modelo de fosfato de hierro y litio? ¿400 kilómetros? ¿incluso? ¿500 kilómetros? arriba.
En términos de carga, con el desarrollo de la carga rápida de baterías, la gestión térmica y la tecnología de pila de carga, las baterías de fosfato de hierro y litio utilizadas en automóviles de pasajeros pueden alcanzar básicamente la misma velocidad de carga rápida que las baterías ternarias convencionales existentes. .
En términos de costos, ¿la política nacional de subsidios ha disminuido? Aunque se ha reducido el contenido de cobalto de la batería y el costo, el proceso actual es complejo y el costo de producción es relativamente bajo. NCM523? No hay ninguna ventaja obvia. En este momento, más empresas de automóviles eligen naturalmente las baterías de fosfato de hierro y litio con menor costo y vida útil más larga y se convierten en una tendencia generalizada. O el ratio de ventas será alto.
En general, estos dos materiales de batería coexistirán en el futuro. Basándonos en la planificación del posicionamiento de la demanda del mercado, ofrecemos a los usuarios más opciones a la hora de comprar automóviles y no hay sustituto para nadie.
1) Las baterías de fosfato de hierro y litio aprovechan al máximo sus ventajas en costo, vida útil y seguridad, centrándose en modelos de gama baja y vehículos operativos. ¿Cuál es la autonomía? ≥400km, ¿se puede lograr? ¿500? 600 kilómetros.
2) Con su alta densidad de energía, velocidad de carga más rápida y mayor autonomía, Sanyuan se centra en modelos de venta privada y autonomía de gama media a alta. ≥500km, ¿qué se puede conseguir? ¿600? 700 kilómetros.?
Los ingenieros de Weilai también dieron sus propias opiniones basadas en este tema.
Si el hierro-litio se vuelve popular, puede significar que las políticas de subsidios basadas en la densidad energética ya no serán el objetivo de las empresas automotrices. Tanto el hierro ternario como el litio tienen sus propias ventajas y desventajas. No podemos decir simplemente que el hierro litio es la única dirección para el futuro.
¿Editar resumen? /
Un vídeo ha calentado el tema de la disputa por cables entre las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías ternarias de litio. Después de comunicarme con ingenieros profesionales, también compartiré mis puntos de vista. Creo que estas dos baterías de litio con diferentes materiales catódicos pueden considerarse complementarias. Al igual que los turbocompresores y los sobrealimentadores, también están diseñados para aumentar la potencia del motor. Estas dos tecnologías con estructuras diferentes se pueden aplicar a coches con personalidades diferentes. Lo mismo ocurre con los vehículos de nuevas energías. Las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías de litio ternarias tienen cada una sus propias ventajas. Para vehículos de nueva energía con diferente diseño y posicionamiento, también se puede seleccionar la batería de potencia más adecuada. A medida que la tecnología de las baterías siga mejorando, la autonomía, la velocidad de carga y la duración de la batería de los vehículos eléctricos puros también alcanzarán un nuevo nivel.
Este artículo es de Autohome, el autor de Autohome, y no representa la posición de Autohome.