Was ist Wärmeschutz?
Der Wärmeschutz schützt eine Lithium-{0}}Ionenzelle davor, Feuer zu fangen. Jeder 18650, den Sie jemals verwendet haben, verfügt über mehrere Sicherheitsvorrichtungen, die in dieser kleinen oberen Kappe untergebracht sind. -PTC, CID, Entlüftungsscheibe und so weiter. Sie sind da, weil die Lithium--Ionen-Chemie eine Menge Energie auf kleinem Raum speichert und diese Energie einen Ausweg findet, wenn intern etwas schief geht.
Ich bin schon lange genug in dieser Branche tätig, um mich daran zu erinnern, dass „Thermal Runaway“ noch kein geläufiger Begriff war. Dann kam es 2006 zu den Laptop-Rückrufen von Dell. Sony zog Millionen von Zellen zurück. Plötzlich wollte jeder wissen, was passiert, wenn eine Lithium-Ionen---Zelle ausfällt, und, was noch wichtiger ist, wie man ihn stoppen kann.
Thermal Runaway vs. Überhitzung
Die Leute verwechseln das ständig. Von einer Überhitzung spricht man, wenn eine Zelle aus äußeren Gründen heiß wird-Sie haben sie in einem heißen Auto gelassen, das Ladegerät hat eine Fehlfunktion oder was auch immer. Entfernen Sie die Wärmequelle und die Zelle kühlt ab. Problem gelöst.
Thermal Runaway ist eine ganz andere Sache. In der Zelle ist etwas ausgefallen-vielleicht ist der Separator kaputt, vielleicht verursacht ein Herstellungsfehler einen Kurzschluss-und die Zelle beginnt, ihre eigene Wärme zu erzeugen. Diese Wärme beschleunigt den chemischen Abbau, wodurch mehr Wärme erzeugt wird, die den Abbau weiter beschleunigt. Es ist eine Rückkopplungsschleife. Wenn Sie es bemerken, ist es bereits zu spät, aufzuhören.
Am Ende stößt die Zelle heißes Gas und Flammen aus, manchmal heftig. In einem Batteriepack kann eine Zelle, die außer Kontrolle gerät, ihre Nachbarn zum Kochen bringen und eine Kettenreaktion auslösen. Aus diesem Grund gibt es einen Wärmeschutz.
Der Schutzstapel
Öffnen Sie eine zylindrische Zelle und schauen Sie sich die obere Kappe an. Dort finden Sie mehrere gestapelte Geräte, die jeweils darauf ausgelegt sind, Probleme in unterschiedlichen Phasen zu erkennen.
PTC
Das PTC-Gerät (positiver Temperaturkoeffizient) ist Ihre erste Wahl. Es handelt sich im Grunde um einen Polymerwafer, der mit leitfähigen Partikeln beladen ist. Normale Temperaturen, geringer Widerstand, der Strom fließt einwandfrei. Bei einer Temperatur von über 80 Grad quillt das Polymer auf, die Partikel trennen sich und der Widerstand geht in die Höhe. Der Strom sinkt auf fast Null.
Was mir an PTCs gefällt, ist, dass sie zurückgesetzt werden. Kühlen Sie die Zelle ab, sie funktioniert wieder. Gut zum Auffangen externer Kurzschlüsse, die schnell verschwinden.
Was mir nicht gefällt, ist, wie sie sich in Serienstrings verhalten. Das haben wir vor ein paar Jahren bei Rucksacktests auf die harte Tour gelernt. Der PTC einer Zelle hat ausgelöst, aber mit einem 48-V-Strang dahinter kam es zu einem Spannungsüberschlag. Der Schutz, der auf Zellenebene gut funktioniert, lässt sich nicht immer auf die Packebene übertragen.
Abschaltung des Separators
Der Separator ist die dünne Membran, die Ihre Elektroden voneinander trennt und gleichzeitig Lithiumionen durchlässt. In einem Abscheider erweicht das Material bei etwa 130 Grad und die Poren verschließen sich. Kein Ionentransport, keine elektrochemische Reaktion, kein Strom.
Die mehrschichtigen Designs -PE-Innenschicht, PP-Außenschicht-bieten Ihnen etwas mehr Spielraum. Das PE stoppt den Ionenfluss, während das PP alles etwas länger mechanisch getrennt hält. Hat uns vielleicht 10–15 zusätzliche Sekunden bei Missbrauchstests verschafft, bevor es zu internen Kurzschlüssen kam.
Eines sollten Sie bedenken: Trennzeichen kommen nicht zurück. Wenn eine Zelle heiß genug wird, um das Herunterfahren auszulösen, ist diese Zelle fertig. Ersetzen Sie es.
CID
Das Stromunterbrechungsgerät reagiert auf Druck, nicht auf Temperatur. Wenn sich Dinge im Inneren zu zersetzen beginnen, erzeugen sie Gas. Der CID besteht aus zwei dünnen, punktuell zusammengeschweißten Scheiben,-die auseinanderspringen, wenn der Innendruck hoch genug-etwa 1 MPa, je nach Design, wird.
Dies ist eine dauerhafte Unterbrechung. Wenn eine Zelle so viel Gas erzeugt, ist sie bereits unbrauchbar beschädigt. Sie möchten, dass es aus dem Stromkreis herauskommt.
Entlüften
Letzter Ausweg. Wenn der Druck über die CID-Aktivierung hinaus weiter ansteigt, reißt die Entlüftungsscheibe und lässt die Gase entweichen. Das austretende Material ist brennbar und giftig, aber eine kontrollierte Entlüftung ist besser als ein unkontrollierter Bruch. Wir alle haben die Videos von Zellen gesehen, die wie Feuerwerkskörper explodieren-das passiert, wenn man nicht richtig entlüftet.
Die BMS-Schicht
Der Schutz auf Zellenebene-bewältigt schnelle Ausfälle. Das Batteriemanagementsystem kümmert sich um alles andere: -Überwacht die Akkutemperaturen, drosselt die Laderaten, wenn es warm wird, und trennt die Schütze, wenn die Sensorwerte außerhalb des zulässigen Bereichs liegen.
Die beiden Systeme ergänzen sich. BMS erkennt die sich langsam entwickelnden Probleme, die durch ein gutes Wärmemanagement verhindert werden können. Geräte auf Zellebene erkennen schnelle interne Ausfälle, die Oberflächensensoren nicht rechtzeitig erkennen können.
Chemie macht einen Unterschied
Nicht alle Lithium--Ionen sind hinsichtlich der thermischen Stabilität gleich. Ihre auf Kobalt-basierten Chemikalien-LCO, NMC- weisen eine hohe Energiedichte auf, sind aber thermisch empfindlich. Die Kobalt--Sauerstoffbindung bricht bei erhöhten Temperaturen auf und setzt Sauerstoff frei, der die Reaktion antreibt.
LFP ist nachsichtiger. Die Eisen-phosphat-Struktur hält bei thermischer Belastung besser zusammen. Sie haben mehr Spielraum zwischen Normalbetrieb und Gefahrenbereich. Dieselben Schutzvorrichtungen, aber sie arbeiten nicht so nah am Rand.
Dies ist ein wesentlicher Grund dafür, dass LFP den Bereich Materialtransport übernommen hat. Gabelstapler haben ein hartes Leben-schnelles Aufladen, Temperaturschwankungen und gelegentlicher Missbrauch. Sie wollen eine Chemie, die das aushält. Aus genau diesem Grund sind alle Polinovel Packs mit LFP-Zellen aufgebaut.
