Wraz ze wzrostem popularności pojazdów elektrycznych rosną obawy dotyczące bezpieczeństwa zarówno samych pojazdów, jak i zasilających je akumulatorów.
Sektor pojazdów elektrycznych (EV) niezmiennie pozostaje pionierem w dziedzinie inżynierii motoryzacyjnej i zrównoważonego rozwoju środowiska, przodując w postępie technologicznym. Zapewnienie bezpieczeństwa termicznego, a w szczególności ograniczenie ryzyka ucieczki termicznej, stało się priorytetem dla producentów i konsumentów akumulatorów do pojazdów elektrycznych. Jest to szczególnie istotne ze względu na potencjalne zagrożenie pożarowe.
Dzięki firmom takim jak FLIR dostępna jest obecnie rewolucyjna nowoczesna technologia obrazowania termicznego, która pozwoliła zmienić podejście do zarządzania ryzykiem pożaru w pojazdach elektrycznych. Technologia podczerwieni zrewolucjonizowała ochronę systemów akumulatorów pojazdów elektrycznych i przyczyniła się do kompleksowej poprawy bezpieczeństwa pojazdów.
W tym artykule omawiamy wpływ termowizji na branżę EV, zwracając uwagę na to, w jaki sposób technologia ta zwiększa bezpieczeństwo termiczne, ułatwiając wczesne wykrywanie zagrożeń pożarowych i chroniąc zarówno środowisko, jak i podróżujących.
Podstawy działania akumulatorów litowo-jonowych
Zanim przejdziemy do zastosowania akumulatorów litowo-jonowych na rynku pojazdów elektrycznych, warto zapoznać się z podstawowymi informacjami na ich temat. Tego typu akumulatory są wykorzystywane w pojazdach elektrycznych ze względu na wysoką elektroujemność i niską gęstość litu, co pozwala im generować znaczną ilość energii elektrycznej.
Zazwyczaj akumulator litowo-jonowy składa się z anody na bazie węgla i katody z tlenku litu. Ogniwo wielokrotnego ładowania działa dzięki ciągłej wymianie elektronów między anodą i katodą w ogniwie.
Produkcja baterii litowo-jonowych
Zgodnie z informacjami udostępnionymi przez firmę FLIR, proces produkcji akumulatorów litowo-jonowych zazwyczaj przebiega w następujący sposób:
- Sortowanie: importowane ogniwa przechodzą najpierw manualną kontrolę pod kątem ewentualnych deformacji, uszkodzeń, wycieków i zakresu rezystancji, aby zapewnić jakość produktu końcowego.
- Montaż pakietu: ogniwa są spawane ze sobą w konfiguracjach szeregowych lub równoległych z uwzględnieniem wymaganych specyfikacji wyjściowych.
- Łączenie pakietów: pakiety akumulatorów są łączone za pomocą obwodów i systemów sterowania.
- Testowanie: gotowy produkt poddawany jest cyklom ładowania i rozładowywania w celu oceny zachowania akumulatora EV.
Podstawy termowizji
Obrazowanie termowizyjne działa na zasadzie wykrywania promieniowania podczerwonego, które jest emitowane przez obiekt. Chociaż promieniowanie to jest niewidoczne dla ludzkiego oka, można je wychwycić za pomocą kamer skalibrowanych do pomiaru określonej długości fali. Kamery termowizyjne umożliwiają przeprowadzanie bezdotykowych, nieinwazyjnych testów i monitoringów, oferując dokładność pomiaru temperatury na poziomie 0,1°C.
Światło widzialne a podczerwień
Sygnatura cieplna obiektu może być widoczna gołym okiem, dopiero gdy osiągnie on temperaturę 1000°C. Przy użyciu kamer termowizyjnych możliwe jest wykrywanie sygnatury cieplnej obiektów o temperaturze nawet -60°C.
W przeciwieństwie do kamer noktowizyjnych, które umożliwiają wzmocnienie niewielkiej ilości światła, kamery termowizyjne umożliwiają przechwytywanie sygnatur cieplnych do celów bezpieczeństwa termicznego. Działają one skutecznie nawet w całkowitej ciemności, dlatego mają kluczowe znaczenie w wykrywaniu pożarów.
Zastosowania kamer termowizyjnych
Kamery termowizyjne znajdują różne zastosowania w wielu branżach, takich jak:
- Elektryka – w konserwacji predykcyjnej instalacji elektrycznych;
- Przemysły naftowy i gazowy – w konserwacji predykcyjnej, wizualizacji lotnych związków organicznych, kontroli pieców i monitorowania płomieni;
- Przemysł wytwórczy – w konserwacji predykcyjnej, do zapewnienia jakości oraz w badaniach i rozwoju.
W poprzednich artykułach omawialiśmy już zastosowanie kamer termowizyjnych w centrach danych oraz ich rolę w oszczędzaniu energii. Opisaliśmy nawet, jak przy pomocy termowizji polować na duchy. Tym razem skupimy się na termowizji w pojazdach elektrycznych.
Zastosowania termowizji w branży pojazdów elektrycznych
Aby zapobiec przegrzaniu i potencjalnym pożarom, do monitorowania temperatury akumulatorów pojazdów elektrycznych wykorzystuje się obrazowanie termowizyjne. Jest to niezwykle przydatna metoda pozwalająca na wykrywanie gorących punktów lub nieregularnego rozkładu temperatury, które mogą wskazywać na potencjalne zagrożenia pożarowe, takie jak uszkodzone ogniwa lub wadliwe spawy.
Spawanie
Spawanie to kluczowy etap montażu akumulatorów w pojazdach elektrycznych, w którym najważniejsza jest precyzja i integralność strukturalna. Aby wyprodukować solidny akumulator EV, należy zadbać o dokładne i precyzyjne zespawanie ogniw litowych. Nieprawidłowo wykonane i niespełniające norm spawy mogą być przyczyną wad produktu końcowego. Poprzez zastosowanie termowizji do testowania akumulatorów można szybko zidentyfikować wadliwe spoiny, monitorując subtelne zmiany temperatury wzdłuż szwu spawalniczego, a tym samym zwiększając środki zapobiegania pożarom.
Wycieki baterii
Wycieki z ogniw akumulatora mogą zagrażać bezpieczeństwu i wydajności pojazdów elektrycznych, niezależnie od tego, czy wynikają z fizycznych wycieków elektrolitu, czy wycieków energii spowodowanych awariami elektrycznymi. W ocenie ryzyka pożaru doskonale sprawdza się technologia termowizyjna, która szybko i nieinwazyjnie wykrywa takie wycieki. Umożliwia ona wykrycie rozbieżności temperatur w przypadku uszkodzenia ogniwa, pomagając w ten sposób we wdrażaniu skutecznych strategii przeciwpożarowych.
Nierównomierne nagrzewanie
Pomimo dokładnego testowania akumulatorów podczas produkcji, zdarza się, że wadliwe egzemplarze trafiają do pojazdów elektrycznych. Ogniwa te często wykazują niewielkie rozbieżności temperatury podczas oceny. Kamera termowizyjna, stanowiąca integralną część procedur bezpieczeństwa termicznego, pozwala z łatwością wychwycić te różnice.
Ładowanie i rozładowywanie
Kontrola temperatury ma kluczowe znaczenie na etapach ładowania i rozładowywania akumulatorów pojazdów elektrycznych, ponieważ temperatura może wówczas wzrosnąć o 5-6°C. Obrazowanie termowizyjne umożliwia bezdotykowe monitorowanie temperatury akumulatorów litowo-jonowych, umożliwiające precyzyjne pomiary temperatury powierzchni na tych krytycznych etapach.
Specyfika technologii podczerwieni
Technologia podczerwieni zrewolucjonizowała bezpieczeństwo pożarowe. Choć nie przenika przez szkło, może być stosowana w różnych warunkach – zachowując wysoką czułość termiczną, przenika przez mgłę, cienkie tworzywa sztuczne, a nawet specjalistyczne okienka inspekcyjne na podczerwień stosowane w aplikacjach przemysłowych.
Na skuteczność i zasięg obrazowania termowizyjnego w monitorowaniu temperatury ma wpływ kilka czynników, w tym rozdzielczość, rozmiar obiektywu i liczba detektorów w kamerze na podczerwień.
Podsumowanie
Wraz z rozwojem branży pojazdów elektrycznych rosną obawy o bezpieczeństwo pożarowe. Wiele z tych zagrożeń można znacznie ograniczyć, stosując termowizję. Technologia ta jest niezbędna do zagwarantowania niezawodności i bezpieczeństwa akumulatorów pojazdów elektrycznych dzięki możliwości bezdotykowego, bezinwazyjnego monitorowania wahań temperatury.
Polecane produkty
Okienko inspekcyjne IR, FLIR
Kamera termowizyjna E96, FLIR
Kamera na podczerwień E8 Pro, FLIR
Kamera termowizyjna E54, FLIR
Źródło: FLIR
Najczęściej zadawane pytania
Zapewnienie bezpiecznych i niezawodnych akumulatorów w pojazdach elektrycznych wymaga skutecznego zarządzania temperaturą. System ten odgrywa kluczową rolę w magazynowaniu energii, utrzymując temperaturę akumulatora w optymalnych zakresach, aby zapobiec przegrzaniu. To z kolei wydłuża żywotność akumulatora, jednocześnie zwiększając wydajność i bezpieczeństwo termiczne pojazdu.
Zastosowanie zaawansowanych systemów zarządzania akumulatorami, wykorzystanie materiałów ognioodpornych i integracja czujników do wczesnego wykrywania przegrzania to główne strategie zapobiegania pożarom. Regularna konserwacja i aktualizacje oprogramowania dodatkowo wzmacniają ochronę przeciwpożarową, podczas gdy technologia termowizyjna pozwala zidentyfikować problemy związane z wysoką temperaturą, umożliwiając ich szybkie rozwiązanie i zwiększając bezpieczeństwo akumulatorów EV.
Ucieczka termiczna w pojazdach elektrycznych występuje, gdy skok temperatury w ogniwie akumulatora uruchamia samopodtrzymujący się, szybko nasilający się cykl cieplny, który może prowadzić do pożarów lub eksplozji. Skuteczne zarządzenie temperaturą pozwala ograniczyć to ryzyko.
Kamery termowizyjne umożliwiają straży pożarnej wykrywanie pożarów, lokalizowanie punktów zapalnych, źródeł ognia, a nawet odnajdywanie ofiar pożarów w dymie i ciemności. Dzięki termowizji możliwe jest wizualizowanie różnic temperatur, co ułatwia nawigację i podejmowanie świadomych decyzji podczas misji ratunkowych i gaśniczych.
System zarządzania temperaturą w pojazdach elektrycznych zapewnia nie tylko dobrą kondycję akumulatora, ale także komfortową temperaturę wewnątrz pojazdu. Regulując temperaturę silnika elektrycznego, układów elektronicznych i akumulatora, zapewnia przyjemne środowisko dla pasażerów, jednocześnie chroniąc główne podzespoły pojazdu.
System zarządzania temperaturą pojazdu elektrycznego stanowi integralny element wydajności energetycznej, zapewniając, że zarówno akumulator, jak i silnik działają w optymalnych temperaturach. Taka optymalizacja bezpośrednio przyczynia się do zachowania żywotności akumulatora i zapobiega pogorszeniu wydajności, co z kolei maksymalizuje zasięg pojazdu i pozwala utrzymać akumulator EV w dobrym stanie.
Najlepsze wyniki ładowania akumulatorów litowo-jonowych zapewnia korzystanie z ładowarki zalecanej przez producenta, ładowanie w temperaturze odpowiedniej dla akumulatora i utrzymywanie poziomu naładowania akumulatora w zakresie od 20% do 80%. Aby zapewnić prawidłowe działanie akumulatora i wydłużyć jego żywotność, należy zapobiegać jego przeładowaniu poprzez odłączenie go po całkowitym naładowaniu.
