Perché abbiamo bisogno di fare il Nail Penetration Test?

Perché abbiamo bisogno di fare il Nail Penetration Test?

Il Nail Penetration Test, un metodo di prova di cortocircuito interno, è un test di sicurezza che verifica la tolleranza al cortocircuito interno delle batterie agli ioni di litio.

Il Needle Penetration Test è un test che utilizza un chiodo d'acciaio attraverso la batteria per simulare un corto circuito interno per confermare se la batteria fuma, prende fuoco o si rompe. Inoltre, il test di agugliatura non è solo un test per confermare la sicurezza della batteria, ma anche un test per capire la natura di base della batteria.

Nello stato normale, i fogli di elettrodi positivi e negativi di una batteria agli ioni di litio sono isolati da un film isolante polimerico - il diaframma - nell'elettrolita organico. In questo stato, un chiodo d'acciaio viene inserito nella batteria agli ioni di litio per creare un cortocircuito tra le piastre dell'elettrodo positivo e negativo, forzando un test di cortocircuito interno. Il metodo di prova è caratterizzato dalla capacità di regolare le condizioni di prova come il diametro, il materiale, la profondità di inserimento, la posizione di inserimento e la velocità di inserimento del chiodo d'acciaio inserito all'interno della batteria.

I pericoli della penetrazione del chiodo

La necessità di testare le batterie agli ioni di litio con una puntura di spillo significa che sono estremamente suscettibili al cortocircuito interno e saranno in una condizione molto pericolosa se si verifica un cortocircuito. Le batterie agli ioni di litio hanno le caratteristiche di alta densità di energia, bassa resistenza interna e alta corrente passante ammissibile, il che le rende molto pericolose. In generale, un cortocircuito interno si verifica durante l'uso della batteria perché il processo di fabbricazione si mescola con materiale estraneo conduttivo, o per impatto o stress esterno.

In realtà, una volta che il prodotto è fabbricato, è difficile prendere misure per i cortocircuiti interni nel sistema di controllo, compreso il caricamento e lo scaricamento della batteria e i circuiti. Quando si verifica un cortocircuito interno, la batteria fa passare un'enorme corrente di cortocircuito all'interno, che successivamente genera calore Joule, e questo calore, a sua volta, fa reagire l'elettrolita organico combustibile e produce gas ad alta temperatura, con conseguente aumento della probabilità di fuga termica.

Quando si verifica la fuga termica, fumo, fuoco. In casi gravi, si verifica la rottura, mettendo in pericolo la sicurezza personale dell'utente. Dal punto di vista dell'utente, è importante garantire la sicurezza della batteria per l'applicazione di batterie agli ioni di litio Pinprick test utilizza chiodi d'acciaio inseriti all'interno della batteria per creare un corto circuito interno tra gli elettrodi positivi e negativi in un modo relativamente semplice. Tuttavia, quando il chiodo è inserito nella batteria per formare una perforazione sulla superficie della batteria, questo foro rilascerà gas ad alta temperatura, con conseguente cambiamento nello stato di dissipazione del calore interno della batteria, e ci possono essere differenze dalla situazione reale di corto circuito interno.

Test di cortocircuito senza formazione di perforazioni e senza espulsioni di gas

Si chiama Blunt Nail Test (BNT). Questo metodo crea un cortocircuito tra i materiali degli elettrodi (fogli di elettrodi positivi e negativi) della batteria tramite la pressione del chiodo, e la batteria è solo leggermente deformata dopo il test. Rispetto al solito pinprick test, questo metodo può creare uno stato che è più vicino al reale corto circuito interno.

Preparazione del setup sperimentale

Per eseguire questo test, infilare manualmente un chiodo in una batteria agli ioni di litio non è assolutamente un'opzione e non dovrebbe essere tentata con leggerezza - il chiodo potrebbe volare via e causare lesioni alle mani e al corpo. Pertanto, è necessario costruire una macchina per il test di pinning. Utilizzando una pressa manuale da banco disponibile in commercio (pompa idraulica richiesta separatamente, pressione massima 4000kg, corsa 120mm, estensione della corsa lunga 250mm), è stato realizzato un tester di penetrazione del chiodo che può montare 3 diametri di chiodi in acciaio (φ3mm, φ5mm, φ8mm, 100mm di lunghezza). Oppure potete acquistare direttamente il tester di penetrazione del chiodo di DGBELL, e il tester di penetrazione del chiodo di DGBELL può essere fabbricato secondo le vostre esigenze.

Misure di sicurezza

Considerando la sicurezza, dovresti assicurarti che il tester possa essere azionato da una certa distanza, installare la pompa idraulica altrove, e aggiungere una dima di inserimento del chiodo alla testa della barra di estensione della corsa per fissare chiodi di dimensioni diverse. Inserire il chiodo nel dispositivo, regolare la posizione e poi usare il bullone per fissarlo. La velocità di inserimento del chiodo, dopo diverse prove idrauliche manuali, abbiamo ottenuto il risultato di circa 0,7 mm/s misurando la corsa e il tempo di movimento.

Riepilogo del test

I terminali positivi e negativi della batteria sono stati collegati a un oscilloscopio attraverso una sonda di osservazione per osservare la forma d'onda della tensione. La forma d'onda è stata osservata utilizzando un registratore di memoria per uso generale (modello Nikkei Electric 8855), e la sonda di osservazione è stata collegata all'unità di tensione e corrente (8951) installata nel registratore di memoria.

Note correlate

Qui testiamo tre diversi tipi di batterie impilate (300mA-h, 1000mA-h, 2000mA-h). I dati da misurare sono i seguenti.

- Variazione della tensione del terminale della batteria nel tempo

- Temperatura della superficie della cella presentata dalla termografia

- Cambiamenti nell'aspetto e nella forma della batteria dopo l'agugliatura (confermati ad occhio nudo) Prima di condurre l'esperimento, preparare attentamente le misure di prevenzione degli incendi e le misure di sicurezza: prevenire gli spruzzi, ombreggiare la zona intorno alla macchina di prova, mettere un estintore nelle vicinanze, ecc.

Misurazione della forma d'onda della tensione

Per le batterie con diverse capacità, utilizzare chiodi d'acciaio di diversi diametri per il test di penetrazione del chiodo. La variazione della tensione terminale nel tempo è stata misurata dopo il test di penetrazione del chiodo di una batteria laminata da 2000mA-h utilizzando un chiodo d'acciaio da φ5mm.

Differenze causate dalle condizioni di puntura

Compresi i risultati dei test di cui sopra, i seguenti fatti sono noti sulla base dei risultati di diversi esperimenti.

(1) Al punto di agugliatura, la tensione terminale scende bruscamente e gradualmente fino a 0V, e la curva di tensione fluttua bruscamente quando la tensione scende ad un certo livello.

(2) I risultati dei test di diversi tipi di batterie e condizioni di agugliatura variano durante la fase dal punto di agugliatura al grande cambiamento della tensione terminale, ma la tensione terminale scende a 0V dopo 10-20s.

(3) Per la stessa batteria di capacità, più spessa è la spillatura, maggiore è il cambiamento della tensione terminale quando si conduce la prova. Misurazione della temperatura superficiale della batteria Dopo la spillatura, il cambiamento della temperatura superficiale della batteria laminata con il tempo può essere misurato dalla termografia a infrarossi. Il cambiamento della temperatura superficiale misurata quando la batteria laminata da 2000mA-h viene appuntata con un chiodo d'acciaio da φ5mm.

Aumento della temperatura dopo l'agugliatura La temperatura ha superato i 200°C durante il test di agugliatura di una pila da 2000mA-h utilizzando un chiodo d'acciaio da φ5mm. Nel test sul campione di batteria da 1000mA-h, si è verificato un incendio quando è stato usato un chiodo da φ3mm. Nel test di spillatura con un chiodo da φ5mm, è stato osservato l'incendio e la temperatura della batteria è aumentata significativamente. Inoltre, la temperatura massima misurata era inferiore a 100°C per diverse celle.

Anche se il tester non è di livello commerciale e può essere usato solo per scopi sperimentali, è possibile eseguire test di puntura di spillo sulle batterie usando questo tester. È anche possibile utilizzare un registratore di memoria per uso generale, un oscilloscopio digitale e una termocamera a infrarossi per misurare la tensione e la temperatura dei terminali della batteria dopo l'agugliatura. Questo test, cortocircuitando i terminali positivo e negativo, converte istantaneamente l'energia elettrica immagazzinata all'interno della batteria.