سنسورهای گاز آماده هستند تا شاهد پذیرش فزاینده بسته های باتری در وسایل نقلیه برقی و سیستم های ذخیره انرژی باشند. سنسورهای گاز ، مانند آنهایی که برای هیدروژن ، دی اکسید کربن و ترکیبات آلی فرار (VOS) ، می توانند هشدارهای قبلی را برای وقایع از بین رفته حرارتی در باتری ها ارائه دهند تا سنسورهای معمولی اجازه دهند. این به نوبه خود می تواند به جلوگیری یا کاهش آتش سوزی باتری و وقایع انفجاری که یک مشکل مهم برای وسایل نقلیه برقی و سیستم های ذخیره انرژی است ، کمک کند.
پیش بینی می شود بازار گازدار باتری در سال 2036 بالاتر از 157.1 میلیون دلار آمریکا باشد.
مقدمه ای برای فراری حرارتی و تهویه سلولی
دونده حرارتی یک واکنش زنجیره ای از واکنشهای اگزوترم را توصیف می کند که هنگام رسیدن به دمای کافی یا آسیب سلولی ممکن است در سلول ها رخ دهد ، به عنوان مثال به دلیل جریانهای غیرمعمول زیاد. می توان آن را به مراحل مختلف تقسیم کرد ، که با رسیدن درجه حرارت های مختلف در سلول مشخص است.
برای جلوگیری از تولید مثل دونده حرارتی بین سلول ها ، از مدیریت حرارتی ، از جمله سیستم های خنک کننده استفاده می شود. با این حال ، این اقدامات همیشه در حاوی رویدادهای حرارتی موفق نیستند. این امر به ویژه در مورد وقایع تأخیر ، جایی که آتش سوزی باتری برای ساعت ها پس از استفاده اتفاق می افتد ، صدق می کند ، در حالی که سنسورهای معمولی غیر عملیاتی هستند (برای مثال وقتی یک وسیله نقلیه الکتریکی پارک می شود).
پخش سلول احتمالاً علت غیرمستقیم وقایع تأخیر است. در مراحل اولیه دونده حرارتی ، گازها با تجزیه اجزای سلولی از جمله الکترولیت مایع تولید می شوند. این گازها شامل هیدروژن ، دی اکسید کربن و ترکیبات مختلف آلی فرار از جمله هیدروکربن ها و دودهای الکترولیت هستند.
پخش سلول هنگامی اتفاق می افتد که گاز کافی در یک سلول ایجاد می شود و یک اندازه گیری ایمنی است که باعث کاهش فشار سلول می شود و از آسیب بیشتر سلول و دونده حرارتی کامل جلوگیری می کند. با این حال ، این گازها هنوز باید به جایی بروند – در محفظه باتری.
ساخت گازهای سمی و قابل اشتعال در بسته باتری می تواند منجر به خوردگی بسته ها و اجزای بسته های باتری و همچنین احتراق بالقوه شود تا سلولهای دیگر به نوبه خود بتوانند انجام شوند.
در حال حاضر ، بیشتر سیستم های مدیریت باتری (BMS) هیچ گونه حوادث سلول یا وجود گازهای سمی و قابل اشتعال در باتری را دنبال نمی کنند.
راه حل: سنسورهای گاز
سنسورهای گاز به خوبی به عنوان راه حلی برای این مشکل قرار می گیرند. با توجه به تشخیص مستقیم گازهای خطرناک ، از جمله هیدروژن ، دی اکسید کربن و ترکیبات آلی فرار ، نه تنها هشدار قبلی برای دونده جاده حرارتی می تواند ارائه شود (حداکثر نیم ساعت برای آتش سوزی باتری ، در مقایسه با پنج ده دقیقه برای سنسورهای معمولی) ، اما ساختار این گازها در شرایط بسته قابل بررسی است.
تشخیص بخار الکترولیت اولین هشدار را برای دونده حرارتی ارائه می دهد ، زیرا تبخیر الکترولیت یکی از اولین مراحل دونده حرارتی است.
سنسورها معمولاً بر اساس یک اصل شیمیایی کار می کنند ، جایی که وجود گاز هدف باعث واکنش به سطح سنسور می شود که به نوبه خود مقاومت خود را تغییر می دهد.
این تغییر در مقاومت به دلیل استفاده از یک جریان کوچک بلافاصله قابل اندازه گیری است. ضرر رویکرد شیمیایی این است که طول عمر سنسور اغلب محدود است. با این حال ، با استفاده از یک کاوشگر مرجع مستقل ، می توان آن را به اندازه کافی گسترش داد تا استفاده عملی امکان پذیر شود. Nexceris بازیکن مهمی در این زمینه است.
تشخیص هیدروژن همچنین یک فناوری قانع کننده است ، زیرا هیدروژن اندکی پس از دمپایی الکترولیت تولید می شود. سنسورهای هیدروژن غالباً بر اساس اصول هدایت حرارتی ساخته می شوند.
هوا با غلظت های بالاتر هیدروژن هدایت حرارتی بالاتری خواهد داشت. با اندازه گیری از دست دادن گرما توسط یک کاوشگر سنسور و مقایسه با یک نمونه مرجع هوا ، غلظت هیدروژن را می توان اندازه گیری کرد. سنسورهای پیشرفته آمفنول بازیکن مهمی در این فضا است.
تشخیص دی اکسید کربن معمولاً گران تر از هیدروژن یا تشخیص ترکیب آلی فرار است ، زیرا بهترین سنسورها بر اساس طیف سنجی مادون قرمز غیر پراکنده است که به یک منبع نور مادون قرمز نیاز دارد ، برای استفاده در باتری.
با این حال ، بازیکنان سیستم های ذخیره سازی انرژی ، که از شیمی باتری خاصی استفاده می کنند که مقادیر زیادی دی اکسید کربن را تولید می کنند ، هنوز هم علاقه خود را به این فناوری نشان داده اند.
سایر فن آوری های تشخیص گاز شامل تشخیص هیدروکربن و تشخیص مونوکسید کربن است ، اما هر دو معمولاً طاقچه تر هستند و نیاز به استفاده از شیمی درمانی در طول عمر دارند.
نتیجه گیری سنسور گاز
سنسورهای گاز برای نفوذ به بازار سنسورهای باتری به خوبی موقعیت دارند. از آنها انتظار می رود که در دهه آینده شاهد پذیرش فزاینده ای باشند ، به خصوص به محض اینکه مقررات به کار می روند که استفاده از آنها را ترغیب می کند.
IDTechex پیش بینی می کند که در 2036 سنسور گاز بیش از 50 ٪ از اجرای سنسور پیشرفته در بسته های باتری را نشان می دهد.
