МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА НЕСТАЦИОНАРНОГО ПРОЦЕССА ТЕПЛОВОГО РАЗГОНА В ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРАХ В СОСТАВЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ЕГО ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Объектом исследования являются электрохимические и тепловые процессы в работе литий-ионных аккумуляторов в составе электротехнических транспортных средств, а также причины их возникновения. Цель работы: проанализировать экспериментальные результаты, противоречащие общепринятой схеме реакций теплового разгона. Экспериментально доказать, что существуют три основные экзотермические реакции определяющие процесс теплового разгона в литий-ионных аккумуляторах. Кроме того, показать, что падение напряжения разомкнутой цепи аккумуляторных батарей при тепловом разгоне в основном связано с литированием активного материала катода и в значительно меньшей степени с короткими замыканиями электродов. Метод или методология проведения работы. В работе выполнен обзор известных разработок и провести анализ теоретических основ моделирования механизма нестационарного процесса теплового разгона в литий-ионных аккумуляторах различного формата, и различных производителей в составе электротехнических транспортных средств. Проанализированы экспериментальные исследования по определению изменения внутреннего сопротивления и напряжения на клеммах литий-ионных аккумуляторов электротехнических транспортных средств в процессе теплового разгона. Выполнено исследование изменения напряжения разомкнутой цепи ак-кумуляторов при высокой температуре их хранения равной 100 °C для определения параметров и условий их хранения при высокой температуре. Выполнен анализ зависимости количества тепла, выделяемого при тепловом разгоне из литий-ионных аккумуляторов электротехнических транспортных средств от количества накопленной батареями электрохимической энергии при их заряде. Исследованы основные экзотермические реакции, протекающие во время нестационарного процесса теплового разгона. Результаты работы и новизна. В работе анализируются экспериментальные результаты, противоречащие общепринятой схеме реакций теплового разгона. Также экспериментально доказано, что процесс теплового разгона литий-ионных аккумуляторов определяется тремя основными экзотермическими реакциями. Первой основной экзотермической реакцией теплового выброса является реакция высвобождения электрохимической энергии, накопленной в литий-ионных батареях во время их зарядки. Второй основной экзотермической реакцией теплового выброса является реакция литиирования поверхностных слоев активного материала катода; эта реакция осуществляется атомами лития, поступающими как из анода, так и из внутренних слоев активного материала катода. Третьей основной экзо-термической реакцией теплового выброса является реакция разложения оксидов металлов на катоде и окисления электролита выделяющимся кислородом. Кроме того, здесь показано, что падение напряжения в разомкнутой цепи в батареях во время теплового выброса происходит в основном из-за литиевого заряда. Степень внедрения. В настоящее время накоплен очень большой экспериментальный материал по циклированию литий-ионных аккумуляторов в составе электротехнических транспортных средств. На базе этого материала предложено множество экспериментальных исследований по определению изменения внутреннего сопротивления и напряжения на клеммах литий-ионных аккумуляторов электротехнических транспортных средств в процессе теплового разгона. Выполнено исследование изменения напряжения разомкнутой цепи аккумуляторов при высокой температуре их хранения равной 100 °C для определения параметров и условий их хранения при высокой температуре. Исследованы зависимости количества тепла, выделяемого при тепловом разгоне из литий-ионных аккумуляторов электротехнических транспортных средств, от количества накопленной батареями электрохимической энергии при их заряде и основные экзотермические реакции, протекающие во время нестационарного процесса теплового разгона. Рекомендации по внедрению. Результаты НИР предполагается использовать в разработке программ по совершенствованию элементов электромобилей и электротехнических устройств, а также при формировании учебно-методических комплексов для подготовки обучающихся. На базе полученных аналитических результатов обзора можно сформировать в дальнейшем критерии исследования и моделирования нестационарного процесса теплового разгона в литий-ионных аккумуляторах в составе электротехнических транспортных средств. Область применения разработок очень широкая, так как она охватывает все устройства содержащие аккумуляторы электротранспорта, в том числе электротехнических устройств. Экономическая эффективность или значимость работы. Оценить технико-экономическую эффективность проведенных исследований сейчас трудно, так как тематика исследования в рамках применения литий-ионных аккумуляторов, различных электрохимических систем к электротранспорту и в частности электротехнических устройств находится на стадии еще не устоявшихся экономических показателей ведущих научно-исследовательских организаций России. Однако она особенно эффективна для электротранспорта, но и они сами в настоящее время еще находятся в стадии разработки. Прогнозные предложения о развитии объекта исследования. На базе проведенных исследований можно сформировать в дальнейшем критерии моделирования электрохимических и тепловых процессов в литий-ионных аккумуляторах в составе электротехнических транспортных средств.