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Test di cortocircuito interno della batteria agli ioni di litio

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Test di cortocircuito interno della batteria agli ioni di litio

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Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate in vari campi come i dispositivi mobili, lo stoccaggio di energia e i veicoli di nuova energia con i loro vantaggi di alta durata del ciclo di energia, ma rispetto ad altri tipi di batterie, la loro sicurezza è il problema principale che deve essere risolto. Batterie agli ioni di litio producono problemi di sicurezza principalmente attraverso la generazione di calore, e infine il modo di incarnazione fuga termica e le ragioni per la formazione di fuga termica sono principalmente corto circuito, errore di connessione, cottura ad alta temperatura, immersione in acqua, ecc, di cui il corto circuito è la causa più comune di fuga termica corto circuito è diviso in corto circuito esterno e corto circuito interno, corto circuito esterno può essere controllato attraverso la protezione dei componenti ausiliari e l'ottimizzazione della strategia mentre il corto circuito interno è difficile da controllare efficacemente. In questo articolo, lo studio sistematico del metodo di simulazione del principio di cortocircuito interno e le misure di rilevamento preventivo avranno una comprensione più profonda del metodo di controllo dei problemi di sicurezza della batteria e fornire un riferimento per la più ampia applicazione delle batterie agli ioni di litio.

Metodo di test di simulazione del cortocircuito

Penetrazione del chiodo, estrusione, caduta, impatto pesante e altri test sono i metodi di prova di cortocircuito simulati più comuni nella norma, come QC/T743-2006, SAND2005-3123, UL2580-2011, SAE2464 e altre norme.

Al fine di simulare meglio l'effetto del cortocircuito, i vari metodi di prova sono condizionatamente limitati nella norma. I test di agopuntura specificano la velocità di puntura dell'ago (QC/T743-2006 richiede 10~40mm/s, altri standard richiedono 80mm/s) il diametro dell'ago (generalmente 3~8 mm); L'esperimento di estrusione specifica la quantità di deformazione della pressione di estrusione (100 kN o 1000 volte la massa del campione) (generalmente il 50% della deformazione) e la forma del disco di estrusione (piastra di estrusione da 30 mm con un raggio di 75 mm); La prova di caduta specifica le condizioni dell'altezza di caduta (da 1 a 2 m) e la superficie di contatto (terreno duro orizzontale o non piatto) al momento della caduta.

Il metodo sperimentale di cortocircuito simulato include anche l'esperimento di riscaldamento a sovraccarico illimitato con resistenza equivalente parallela. Il sovraccarico illimitato è quello di caricare la batteria di prova completamente carica con una corrente costante fino a quando la tensione scende a 0V o produrre un'esplosione di combustione è piccola: l'esperimento di riscaldamento è quello di riscaldare il campione sperimentale, la temperatura di riscaldamento è determinata dalla resistenza di temperatura del diaframma, e il restringimento del diaframma dopo il riscaldamento provoca un corto circuito interno: La resistenza equivalente parallela è principalmente rivolta al monomero parallelo, e uno dei monomeri viene commutato con una resistenza equivalente per simulare un corto circuito interno.

Il vantaggio del metodo di cui sopra è che è semplice e favorevole all'implementazione, mentre lo svantaggio è che riflette solo il fenomeno apparente dopo il cortocircuito interno, e l'accumulo di energia termica che è stato generato prima del cortocircuito interno senza restrizione di sovraccarico non può essere ben definito per il calore rilasciato dopo il cortocircuito. Inoltre, c'è anche una certa incertezza in quale parte della cella il cortocircuito interno causato dal suddetto metodo 14 ha alcune limitazioni sull'analisi del meccanismo.

Forzato cortocircuito interno è principalmente quello di aggiungere metallo incorporato parti e diaframma forare fori all'interno della batteria e quindi combinare la forma di estrusione esterna per ottenere cortocircuiti interni in diverse parti della batteria. Inoltre, il centro del cortocircuito è valutato aggiungendo un metallo o una lega a basso punto di fusione all'elettrodo riscaldandolo e fondendolo monitorando la temperatura della tensione, il suono, la luce e altri modi (6. Questi metodi possono riflettere meglio l'impatto dei cortocircuiti in diverse parti sulla batteria È favorevole all'analisi del meccanismo Lo svantaggio è che la batteria deve essere isolata dall'aria durante il processo di smontaggio e assemblaggio, e ci sono anche requisiti rigorosi per l'umidità, la pulizia e il livello del pacchetto.

Misure di prevenzione del cortocircuito interno e metodi di rilevamento

1.Misure di prevenzione del cortocircuito interno

(1) Materiali della batteria, miglioramento del processo

Si previene principalmente passando all'uso di materiali per diaframmi e utilizzando additivi per elettroliti per evitare che le impurità si mescolino nel processo di produzione della batteria e il test di affidabilità del processo di produzione.

Il rischio di cortocircuiti può essere minimizzato utilizzando diaframmi in ceramica. Se un corto circuito è inevitabile, la corrente di corto circuito può anche essere ridotta rivestendo il materiale dell'elettrodo con uno strato di materiale PTC, in modo da aumentare la resistenza dello strato PTC quando si verifica il corto circuito, sopprimendo così la generazione di fuga termica. Inoltre, poiché l'elettrolita attualmente utilizzato è basato sul sistema di carbonato alchilico è facile da volatilizzare e bruciare nella batteria l'uso improprio di accumulo di calore produrrà combustione o esplosione progettando l'elettrolita come un elettrolita ritardante di fiamma o utilizzando elettrolita liquido ionico o aggiungendo materiale maleimide oligomero ridurrà notevolmente i rischi di sicurezza generati da cortocircuiti.

Ottimizzare e migliorare il processo di rimozione delle impurità nella produzione delle celle della batteria per rimuovere la polvere di ferro metallico, da un lato, per prevenire reazioni collaterali irreversibili con l'elettrolita durante la carica e la scarica, dall'altro, la presenza di particelle di impurità aumenta ulteriormente il rischio di forare il diaframma e causare cortocircuiti interni. I raggi X possono anche essere utilizzati per rilevare l'allineamento delle piastre interne della batteria, evitando così il potenziale rischio di cortocircuiti.

(2) Uso della batteria

Evitare la carica a bassa temperatura dell'evoluzione del litio. In condizioni di bassa temperatura, la conduttività degli ioni e il coefficiente di diffusione delle batterie agli ioni di litio sono notevolmente ridotti, il che può facilmente portare all'evoluzione del litio durante la carica, quindi la batteria dovrebbe essere preriscaldata alla temperatura di carica appropriata quando si usa a bassa temperatura, in modo da evitare che la batteria generi dendriti di litio e poi buchi il diaframma quando si carica a bassa temperatura.

Design ridondante del tasso di carica-scarica della batteria. Il design ridondante permette alla batteria di funzionare sempre in uno stato di basso carico, che può proteggere efficacemente la batteria e ridurre notevolmente il rischio di cortocircuiti interni sotto carichi elevati.

Migliorare la progettazione della conduttività termica della batteria o sopprimere la capacità di produzione di calore perché il cortocircuito interno della batteria genererà istantaneamente una grande quantità di calore Se il calore si accumula, porterà alla decomposizione dell'elettrolita, la reazione di ossidazione/riduzione tra l'elettrolita e la superficie positiva/negativa degli elettrodi positivi e negativi, e il ritiro e la decomposizione del diaframma, con conseguente fuga termica.

2.Un mezzo per rilevare i cortocircuiti all'interno della batteria

Rilevamento termico: determinare se si è verificato un corto circuito attaccando una termocoppia alla parete laterale della batteria per rilevare i cambiamenti di temperatura. Poiché il calore è condotto dall'interno verso l'esterno quando si verifica il cortocircuito, la temperatura mostra che c'è un certo ritardo, per cui la situazione di cortocircuito non può essere riportata immediatamente.

Il rilevamento delle anomalie di tensione controlla la situazione di cortocircuito interno della batteria monitorando la caduta di tensione nel processo di carica continua di piccole correnti, per esempio, quando si carica una batteria da 80Ah con una corrente costante di 3A, se la caduta di tensione supera i 100mV, si determina che la batteria ha un cortocircuito interno.

Rilevamento delle anomalie di capacità: C'è un brevetto che coinvolge il metodo di rilevamento del cortocircuito interno: nel processo di carica, confrontando la capacità di carica con la capacità di riferimento entro la gamma di tensione attualmente impostata, perché quando si verifica il cortocircuito interno, una parte dell'energia elettrica sarà convertita in dissipazione di energia termica, in modo che la capacità di carica durante il processo di carica sarà superiore a quando il cortocircuito interno non si verifica, quindi quando la capacità di carica è superiore alla capacità di riferimento, il guasto di cortocircuito interno è riportato Quando la capacità di carica è inferiore o uguale alla capacità di riferimento, lo stato della batteria è normale.

Sommario

Batteria agli ioni di litio corto circuito interno è molto facile da causare runaway termico, così dal meccanismo della mano per afferrare la causa della sua formazione, attraverso la simulazione di studiare ulteriormente, in modo che attraverso una varietà di mezzi per prevenire e rilevare la batteria agli ioni di litio corto circuito interno, in modo da garantire la sicurezza della batteria agli ioni di litio durante l'uso.