红外技术在新能源汽车锂电池领域的应用

发表时间:2022-07-12 08:43

随着汽车数量的持续增加,尾气排放及燃油耗油的提升,造成资源短缺、空气质量下降、气温上升、雾霾频繁等问题,“信息化、智能化、低碳化”逐渐成为汽车行业追求的发展目标。


关于锂电池

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新能源汽车采用非常规燃料作为动力来源,它不依赖或不完全依赖内燃机为动力,锂电池是目前新能源汽车使用的动力电池类型。锂电池具有自放电率较低、能量密度较高、可循环无污染、效率高且无记忆效应等特点,是新能源汽车产业优选的动力源。


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锂电池对工作温度要求较高,最佳的工作温度范围是20-40℃,超出这个范围偏高或者偏低,都会影响锂电池的使用寿命和工作性能。


当温度偏低时,锂电池放电量和放电压会急剧降低;而当温度偏高时,锂电池则容易产生热失控现象,当内部热量聚集造成热量堆积,热量不能得到排除时,则会引起高温起火,甚至引发爆炸。



红外热成像技术应用

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红外热成像技术是一项应用广阔的高新技术,它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身,能够准确、实时、快速地展现物体表面的温度分布情况。因此,对于锂电池的研发、生产、储存、回收,红外热像仪具有先天优势。



研发优化-动力电池研究

动力电池装置由于设计及功能要求不同,从而使得各部位散热并不均衡,利用红外热像仪的实时成像功能,能够精准展现热能变化。将红外热成像技术和实时动态热像分析系统、热场和流场分析技术、热传导系数分析技术、快速精确的量热测试技术应用于电池热管理和热安全性能的评价之中。


实际应用案例:

美国可再生能源研究所在混合动力电动车的电池热平衡方面,通过红外热像仪记录电池表面温度,并通过在电池内部布置热电偶测量,开展了温度场分布特征研究。

日本 Toyota公司通过热成像技术开展了电池模块内的冷却气流参数和矢量的研究及热评估,改进了电池模块设计中的一些重要参数,制定了热管理方案,有效减小了电池模块不同部位的温度差异。


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生产监测-规避热失控风险

作为一种高能量密度化学二次储能器件,锂离子电池有其独特的内部运行机理和工艺生产等要求,比如生产流程繁多、电池化成反应机理复杂等。因此,当管理不规范、防范措施不到位时,很容易引发火灾事故,造成生命安全、财产损失等重大事故。



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锂电池电解液中的有机溶剂燃点低,同时嵌锂的碳负极具有高反应活性,导致锂电池本质上存在一定安全缺陷。当电池能量急剧释放造成鼓包或破裂漏气,受热电解液喷出电池外遇到空气,将会发生剧烈燃烧,从而酿成火灾。


利用红外热像仪的实时温度监控,对处于生产状态的电池包温度进行实时监控,在温度进行异常波动,或者超出警示范围的情况下,通过报警处理端口,实现实时声光报警,第一时间降低火灾发生的可能。




储存安全-24h实时温度监测

锂电池生产所需的原料、成品和半成品都属于可燃物,而且对于温度的变化极为敏感,高温环境下容易导致其内部隔膜发生收缩、分解,以及电池正极材料遇热发生自发的释氧反应,容易导致火灾爆炸事故的发生。


同时,目前企业的生产、储存场所大多是钢混结构占地广、空间大、空气流通好,一旦发生火灾,极容易蔓延。而且钢混结构耐火性差,导热性好,在高温火灾情况下,钢混结构易脆和扭曲变形,容易倒塌,造成二次火灾伤亡情况的发生。


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红外热像仪可以针对锂电池车间、储存厂房进行24小时全天候监控,区别于传统可见光的监控方式,红外图像可以实时反映温度变化,针对可能存在的升温情况,及时预警。


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废弃回收-降低爆燃危机

回收的动力电池组有部分电池处于生命周期的末尾阶段,具有非常高的安全风险,相较于正常锂电池,报废的电池在回收运输和存储时更容易受到电池破损、外部短路以及环境温度的变化等造成的燃爆风险


此外,动力锂离子电池回收过程中存在诸多的风险,特别是后利用过程中拆解、粉碎、低温热解、萃取等环节都存在起火燃烧的风险。特别是单体拆解过程中的风险更高,因为负极具有非常高的反应活性,与空气接触会大量放热,同时有机液态电解液会挥发到空气中,达到一定的燃爆点后造成起火爆炸等严重事故


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红外热像仪可以全天候实时监测锂电池固废仓库温度状态,监测因化学反应放热、氧化自燃等情况导致的温度异常升高问题,预防火灾发生。


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