ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ МОДУЛІВ СИЛОВОЇ БАТАРЕЇ TESLA MODEL S НА ПРЕДМЕТ ПОЖЕЖНОЇ НЕБЕЗПЕКИ

Анотація

Постановка проблеми. Кількість електромобілів у Європі, Америці та Азії продовжує стрімко зростати. Така тенденція зумовлена з одного боку енергетичною кризою, а з іншого – захистом довкілля.  агомим недоліком літій-іонних батарей є виникнення в їх корпусі, за певних умов, необоротної екзотермічної реакції. З виділенням тепла, горючих та вибухонебезпечних газів, що призводить є не лише до виходу з ладу батареї, але й до займань та вибухів.
Мета дослідження полягає у розкритті особливостей горіння, визначення теплових параметрів (температури спрацювання вентиляційного клапана, займання, горіння) які описують процеси горіння модулів  літій-іонних акумуляторів електромобілів (на прикладі модулів силових батарей Tesla model S). Для досягнення задекларованої мети здійснено експериментальні дослідження впливу відкритого  полум’я від пропанового пальника на модуль літій-іонного акумулятора електромобіля Tesla model S, а також виявлено та описано особливості розвитку необоротної екзотермічної реакції та особливостей його горіння.
Опис матеріалу. Для дослідження відбирались модулі з силової АКБ електромобіля Tesla model S ємністю 75 кВт∙год. Модуль складався із 462 елементів формату 18650 (циліндричної форми діамтером 18 мм  та вистою 65 мм). Анод даних елементів живлення виконаний з графіту, а катод – LiNi x Co y Al z O 2 (NCA). Загальна ємність модуля становила 5,7 кВт∙год, а напруга при повній ємності – 27 В. Розміри  модуля становили 6550 мм на 2750 мм та висотою 120 мм. Діагностування стану заряду батареї здійснювалось за допомогою цифрового мультиметра. Згідно із методикою досліджень, перед початком  випробувань модуль силової літій-іонної батареї піддавався зважуванню. Маса модуля перед початком випробувань становила 28,4 кг. Для створення теплового потоку використовувася газовий пальник, на  який подавався газ пропан з балона об’ємом 50 л. Потужність пальника становила 1 кВт. Для впливу полум’я від пальника та створення необоротної реакції у одному з елементів модуля силової літій-іонної  батареї використовувався отвір, розміром 35 мм на 35 мм, який був утворений в металевому листі, на який поміщався модуль. Власне через цей отвір відбувавалося нагрівання частини модуля (елемента) за допомогою газового пальника.
Для фіксації температур викоритовувались термопари хромель-алюмель (ТХА) з діапозоном вимірювання 0-1500 ºС та точністю 0,1 ºС. Термопари підключались до пертворювача вимірювального  інтелектуального ПВІ-111 А. Фіксація температур від темопар здійснювалась кожну секунду та записувалась на накопичувач формату SD перетворювача у вигляді масиву даних.
Висновки. За результатами натурних вогневих випробувань модулів силової АКБ електромобіля Tesla model S за розробленою методикою отримано такі результати. При дії відкритого полум’я на модуль акумуляторної батареї електромобіля Tesla model S спрацювання вентиляційного отвору відбулось на 1545 с після початку проведення експерименту при температурі з обігріваної сторони 613-645 ºС,  по середині елемента 175-176 ºС та з необігріваної сторони 95-96 ºС за умов проведення експерименту. Напередодні відкриття вентиляційного отвору відбувається падіння напруги, що свідчить про руйнування сепаратора та виникнення внутрішнього короткого замикання між анодом та катодом елемента. Виділення тепла від чотирьох елементів живлення внаслідок перебігу необоротної екзотермічної  реакції та викиду від них вентиляційних газів є достатнім для утворення ланцюгової реакції та полум’яного горіння власне самого модуля літій-іонної батареї. Подальші спрацювання вентиляційних отворів елементів мали стохастичний характер.