ملخص

مع وقوع المزيد من الحوادث الناجمة عن بطارية الليثيوم أيون، أصبح الناس أكثر قلقًا بشأن الهروب الحراري للبطارية، حيث أن الهروب الحراري الذي يحدث في خلية واحدة قد ينشر الحرارة إلى خلايا أخرى، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل نظام البطارية بالكامل.

تقليديًا، سنقوم بتحفيز الهروب الحراري عن طريق التسخين أو التثبيت أو الشحن الزائد أثناء الاختبارات. ومع ذلك، لا يمكن لهذه الطرق التحكم في الانفلات الحراري في خلية محددة، ولا يمكن تنفيذها بسهولة أثناء اختبارات أنظمة البطاريات. يقوم الأشخاص مؤخرًا بتطوير طريقة جديدة لتحفيز الهروب الحراري. ويعتبر اختبار الانتشار في المواصفة IEC 62619: 2022 الجديدة مثالاً على ذلك، ومن المقدر أن يتم استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع في المستقبل. تهدف هذه المقالة إلى تقديم بعض الأساليب الجديدة التي لا تزال قيد البحث.

إشعاع الليزر:

إشعاع الليزر هو تسخين منطقة صغيرة بنبض ليزر عالي الطاقة. سيتم إجراء الحرارة داخل المادة. يستخدم إشعاع الليزر على نطاق واسع في مجالات معالجة المواد، مثل اللحام والتوصيل والقطع. عادة هناك أنواع من الليزر كما يلي:

• CO₂الليزر: ليزر غاز ثاني أكسيد الكربون الجزيئي
• ليزر أشباه الموصلات: ليزر ديود مصنوع من GaAs أو CdS
• ليزر YAG: ليزر الصوديوم مصنوع من عقيق الألومنيوم الإيتريوم
• الألياف الضوئية: ليزر مصنوع من الألياف الزجاجية مع عنصر أرضي نادر

يستخدم بعض الباحثين ليزرًا بقدرة 40 وات وطول موجة 1000 نانومتر وقطر 1 مم لاختبار الخلايا المختلفة.

من خلال إجراء الأشعة المقطعية على الخلية غير المثارة، يمكن العثور على عدم وجود أي تأثير هيكلي باستثناء الثقب الموجود على السطح. وهذا يعني أن الليزر اتجاهي وعالي الطاقة ومنطقة التسخين دقيقة. ولذلك يعتبر الليزر وسيلة جيدة للاختبار. يمكننا التحكم في المتغير وحساب الطاقة المدخلة والمخرجة بدقة. وفي الوقت نفسه، يتمتع الليزر بمزايا التسخين والتثبيت، مثل التسخين السريع، وأكثر قابلية للتحكم. يتمتع الليزر بمزايا أكثر مثل:

• يمكن أن يؤدي إلى الهروب الحراري ولن يؤدي إلى تسخين الخلايا المجاورة. وهذا أمر جيد لأداء الاتصال الحراري

• يمكن أن يحفز النقص الداخلي

• يمكنه إدخال طاقة وحرارة أقل في وقت أقصر لتحفيز الهروب الحراري، مما يجعل الاختبار تحت السيطرة بشكل جيد.

تفاعل الثرمايت:

تفاعل الثرمايت هو جعل الألومنيوم يتفاعل مع أكسيد المعدن في درجة حرارة عالية، وسيتحول الألومنيوم إلى أكسيد الألومنيوم. بما أن المحتوى الحراري لتكوين أكسيد الألومنيوم منخفض جدًا (-1645 كيلو جول/مول)، فإنه سيولد الكثير من الحرارة. مادة الثيرمايت متاحة تمامًا، ويمكن أن تولد التركيبات المختلفة كميات مختلفة من الحرارة. لذلك يبدأ الباحثون في الاختبار باستخدام كيس 10 أمبير مع الثرمايت.

يمكن أن يؤدي الثرمايت بسهولة إلى الهروب الحراري، لكن ليس من السهل التحكم في المدخلات الحرارية. يسعى الباحثون إلى تصميم مفاعل حراري محكم الإغلاق وقادر على تركيز الحرارة.

مصباح كوارتز عالي الطاقة:

النظرية: ضع مصباح كوارتز عالي الطاقة أسفل الخلية، وافصل الخلية عن المصباح بلوحة. يجب حفر اللوحة بفتحة، وذلك لضمان توصيل الطاقة.

أظهر الاختبار أنه يحتاج إلى طاقة عالية جدًا ووقتًا طويلًا لتحفيز الهروب الحراري، كما أن المدى الحراري ليس متساويًا. قد يكون السبب هو أن ضوء الكوارتز ليس ضوءًا اتجاهيًا، كما أن فقدان الحرارة كثيرًا يجعله بالكاد يؤدي إلى الانفلات الحراري بدقة. وفي الوقت نفسه، مدخلات الطاقة ليست دقيقة. إن اختبار الهروب الحراري المثالي هو التحكم في طاقة التحفيز وخفض قيمة المدخلات الفائضة، لتقليل التأثير على نتيجة الاختبار. لذلك يمكننا أن نستنتج أن مصباح الكوارتز ليس مفيدًا في الوقت الحالي.

خاتمة:

بالمقارنة مع الطريقة التقليدية لتحفيز الهروب الحراري للخلية (مثل التسخين والشحن الزائد والاختراق)، يعد انتشار الليزر طريقة أكثر فعالية، مع مساحة تسخين أصغر، وطاقة دخل أقل ووقت تشغيل أقصر. ويساهم هذا في إدخال طاقة فعالة عالية في المنطقة المحدودة. تم تقديم هذه الطريقة بواسطة IEC. يمكننا أن نتوقع أن العديد من البلدان سوف تأخذ هذه الطريقة في الاعتبار. ومع ذلك فإنه يثير متطلبات عالية على أجهزة الليزر. يتطلب مصدر ليزر مناسب وأجهزة مقاومة للإشعاع. في الوقت الحاضر، لا توجد حالات كافية لاختبار الانفلات الحراري، ولا تزال هذه الطريقة بحاجة إلى التحقق.