دانشمندان ایالات متحده از حسگرهای الکتروشیمیایی و گازی برای تشخیص سریع آتشسوزی باتری خودروی برقی استفاده میکنند
باتریهای خودروهای برقی میتوانند به سرعت خراب شده و گاهی بدون هشدار آتش بگیرند. آزمایشگاههای ملی سندیا برای شناسایی زودهنگام این خرابیها و ارائه هشدار به مسافران در حال کار است.
در حالی که خودروهای برقی دارای سیستمهایی برای شناسایی مشکلات عملکردی در باتریهای لیتیوم-یون هستند، این سیستمها به نگرانیهای فوری ایمنی نمیپردازند.
الکس بیتس، یکی از اعضای گروه ایمنی باتری سندیا، گفت: «نوع آتشسوزی باتری میتواند بسیار متفاوت باشد، بسته به حالت خرابی. برخی باتریها برای ساعتها خودگرمایی میکنند، در حالی که برخی دیگر ناگهانی و پرخاشگر هستند.»
«باتری شروع به گرم شدن غیرقابل کنترل کرده و در نهایت به آتشسوزی منجر میشود.»
اندازهگیریهای فعلی در سیستمهای مدیریت باتری دما و ولتاژ را ثبت میکنند، اما اینها نشانههای تاخیردار از مشکلات ایمنی هستند.
این بدان معناست که هشدار ممکن است تا زمانی که خیلی دیر نشده ظاهر نشود - به طور خاص زمانی که باتری در شرف آتش گرفتن است یا در حال سوختن است.
لوراین تورس-کاسترو، مسئول ایمنی باتری سندیا میگوید: «ما بر افزایش زمان هشدار متمرکز هستیم.»
«هدف ما این است که سیستم تشخیصی هشدار زودهنگام ارائه کند و به ما زمان بدهد تا به طور ایمن خودرو را پارک کرده و از وسیله نقلیه خارج شویم.» او افزود که هدف نهایی، یکپارچهسازی این سیستم هشدار در داشبورد خودرو است.
حسگرهای الکتروشیمیایی و گازی
تورس-کاسترو به IE گفت که آزمایشگاه تست سوء استفاده از باتری در سندیا باتریهای مورد استفاده در کاربردهای مختلف را از نظر عملکرد و ایمنی مورد آزمایش قرار میدهد.
کار بر افزایش زمان هشدار برای خرابیهای باتری متمرکز است. تیم، روشهای تشخیصی تجاری آماده استفاده را بر روی تکسلول و بستههای باتری آزمایش کرده و بر روشهایی مانند طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی سریع (EIS) و حسگرهای گاز تأکید دارد.
EIS سریع با سایر روشهای سنتی مدیریت باتری تفاوت دارد و امپدانس را در فرکانسها در زمان تقریباً واقعی اندازهگیری میکند.
این روش میتواند تغییرات ظریفی را در امپدانس سلول شناسایی کند که قبل از نمایش هرگونه علامت خرابی در شاخصهای سنتی دما و ولتاژ است.
برخلاف EIS سنتی که ممکن است کند و اغلب برای نظارت دینامیکی غیرعملی باشد، EIS سریع به گونهای طراحی شده که در مقیاس سریعتری عمل کند و برای تشخیص واقعی و در حین عملکرد مناسبتر باشد.
از سوی دیگر، تیم حسگرهای ترکیبات آلی فرار (VOCs) و انتشار هیدروژن (H2) را که میتوانند نشانگرهای خرابی اضافی ارائه دهند، آزمایش میکند. به عنوان مثال، حسگرهای VOC مراحل اولیه گازدهی در زمان تخریب باتری را شناسایی میکنند (اغلب قبل از دیده شدن گاز قابل مشاهده).
تشخیص سریع آتشسوزی باتری خودروهای برقی
آزمایشها بر ارزیابی اثربخشی فناوریها متمرکز است نه جزئیات یکپارچهسازی آنها.
با این حال، هدف این است که این ابزارهای تشخیصی به اندازهای فشرده و سبک باشند که در سیستم مدیریت باتری خودروهای برقی جا بگیرند.
برخلاف تشخیصهای سنتی که به شدت به مانیتورینگ ولتاژ و دما متکی هستند، EIS سریع میتواند خطاهای داخلی باتری را قبل از تشدید به علائم قابل مشاهده شناسایی کند.
این توانایی ارائه هشدار زودتر، اجازه میدهد تا مداخله به موقع صورت گیرد، به ویژه در جلوگیری از فرار حرارتی.
علاوه بر این، EIS سریع میتواند سلامت باتری را ارزیابی کرده و مشکلاتی مانند تخریب ظرفیت و اتصالهای داخلی را شناسایی کند.
در حال حاضر، تیم به شدت در حال آزمایش این فناوریها برای اطمینان از قابلیت اطمینان و تعیین اثربخشی روشها تحت شرایط مختلف، مانند دمای بیش از حد و شارژ بیش از حد، است.
هنوز کارهای بیشتری برای انجام وجود دارد قبل از اینکه این فناوری در خودروهای برقی نصب شود. به عنوان یک گام بعدی، سندیا باتریهای خودروهای برقی را به آزمایشگاه خواهد آورد. سلولها در مقیاسهای مختلف برای بررسی محدودیتهای تشخیصهای موجود در بازار آزمایش خواهند شد.