Test ad alta temperatura per batteria al litio

Test ad alta temperatura per batteria al litio

Gravi condizioni esterne come elettricità, macchinari e calore sono fattori importanti che innescano problemi di sicurezza nelle batterie agli ioni di litio, mentre problemi di sicurezza come l'accensione e l'esplosione nelle batterie agli ioni di litio sono generalmente attribuiti alla fuga termica.

Ad esempio, il sovraccarico, i cortocircuiti interni, ecc. possono portare a una fuga termica e causare problemi di sicurezza. Quando il limite di sicurezza viene superato nella batteria, può facilmente verificarsi una fuga termica della batteria a causa di fattori quali la scarsa stabilità termica del separatore e la possibilità di un'intensa reazione di ossidazione tra l'elettrolita e l'elettrodo positivo.

Quindi la sicurezza delle batterie agli ioni di litio in ambienti termici è un aspetto importante della ricerca sulla sicurezza delle batterie agli ioni di litio. Questo articolo esplorerà un nuovo metodo di prova per valutare la sicurezza delle batterie agli ioni di litio quando utilizzate in condizioni di alta temperatura.

1. Metodi di prova

Al momento, esistono tre tipi principali di standard per valutare la sicurezza delle batterie agli ioni di litio: standard internazionali (come gli standard IEC), standard nazionali o regionali (come JIS, GB, standard EN, ecc.) e standard di settore (come gli standard UL, IEEE, SJ, ecc.). Tra questi standard esistenti, i metodi di prova specificati ad alte temperature includono principalmente test di abuso di calore, test di cicli di temperatura, test di posizionamento ad alta temperatura, ecc.

(1) Test di abuso termico

Il metodo di test di abuso di calore specificato in IEC62133:2002 consiste nel stabilizzare una batteria completamente carica a temperatura ambiente e collocarla in un incubatore a convezione naturale oa circolazione d'aria. L'incubatore si riscalda fino a 130 ℃ ± 2 ℃ a una velocità di 5 ℃/min ± 2 ℃/min. Dopo aver mantenuto questa temperatura per 10 minuti, interrompere il test e controllare se la batteria è in fiamme o sta esplodendo. Il test di abuso di calore di IEC62133 è stato adottato da standard nazionali ed esteri come JISC8712, YD1268 e UL1642.

Il test di abuso di calore viene generalmente utilizzato per valutare la sicurezza delle celle della batteria quando vengono poste in condizioni di temperatura elevata. Durante il test, il campione della batteria è in uno stato completamente carico e il campione non è carico o scaricato

(2) Test dei cicli di temperatura

Il metodo di test del ciclo di temperatura specificato in IEC62281:2004 consiste nel posizionare la cella della batteria o il pacco batteria in un ambiente a 75 °C per almeno 6 ore, quindi collocarlo in un ambiente a 40 °C per almeno 6 ore. Il tempo di transizione tra diverse temperature non supera i 30 minuti e vengono eseguiti un totale di 10 cicli di temperatura. Dopo il test, il campione non deve accendersi o esplodere e non deve verificarsi alcuna perdita di qualità o tensione. Il test del ciclo di temperatura di IEC62281 deriva da UN38.3 e il metodo di prova è adottato anche da standard nazionali ed esteri come EN62281.

Il test dei cicli di temperatura viene generalmente utilizzato per simulare la sicurezza delle celle della batteria o dei pacchi batteria in caso di molteplici variazioni di temperatura alternate durante il trasporto. Durante il test, il campione di batteria era in uno stato completamente carico e il campione non è stato caricato o scaricato durante il processo di test

(3) Test di distensione ad alta temperatura

Il metodo di test di distensione ad alta temperatura specificato in lEC62133 per la distensione ad alta temperatura (la capacità dei gusci stampati di resistere alle alte temperature) consiste nel posizionare il pacco batteria in un ambiente a una temperatura di 70 ℃ ± 2 ℃ per 7 ore. Dopo il test, l'involucro del pacco batteria non deve subire deformazioni fisiche che espongono i componenti interni. Il test di riduzione dello stress di IEC62133 è stato adottato da standard come EN62133 e JISC8712.

Il test di riduzione della sollecitazione ad alta temperatura viene generalmente utilizzato per valutare la capacità dell'involucro del pacco batteria di mantenere l'integrità nell'ambiente ad alta temperatura. Durante il test, il campione del pacco batteria è completamente carico. Durante il test, il campione non viene caricato o scaricato. In combinazione con i test relativi alle alte temperature negli standard delle batterie agli ioni di litio nazionali ed esteri, il test di abuso di calore è finalizzato alla capacità della cella della batteria di resistere alle alte temperature.

Il ciclo di temperatura serve a simulare il cambiamento di temperatura durante il trasporto, il test di distensione ad alta temperatura viene utilizzato solo per valutare la capacità del guscio stampato di resistere alle alte temperature. Durante questi test, i campioni erano in uno stato completamente carico e non sono stati caricati o scaricati durante il processo di test.

2. Prova ad alta temperatura

Dall'analisi di cui sopra, si può vedere che i test ad alta temperatura esistenti nello standard non considerano i problemi di sicurezza ad alta temperatura affrontati dalle batterie agli ioni di litio utilizzate nelle automobili e le batterie agli ioni di litio non considerano l'aumento di temperatura causato caricando e scaricando durante il processo di test.

Considerando le effettive abitudini di utilizzo degli utenti (nella ricarica dell'auto e nel posizionamento in auto), combinate con l'elevata temperatura e il tempo di permanenza in auto, e tenendo conto dell'aumento di temperatura causato dalle batterie agli ioni di litio durante la carica e la scarica, un nuovo metodo di test di sicurezza delle batterie agli ioni di litio è proposto per valutare la sicurezza delle batterie agli ioni di litio utilizzate in ambienti ad alta temperatura.

Il metodo specifico è il seguente: posizionare il campione del pacco batteria completamente carico in una scatola di prova ad alta temperatura, con la temperatura impostata su T. Dopo che la temperatura superficiale del campione si è stabilizzata per 7 ore, il campione deve soddisfare uno dei seguenti requisiti

Interrompere il circuito senza incendi, esplosioni o perdite

Senza interrompere il circuito, continuare un ciclo di carica di scarica in conformità con il metodo di carica e scarica specificato durante il test ad alta temperatura e il campione non deve essere sparato, non esploso e nessuna perdita.

Tra questi, il valore di temperatura T è il valore massimo specificato dal produttore per le temperature limite superiore di carica e scarica del pacco batteria, le temperature limite superiore di carica e scarica della batteria e 80 ℃.

Durante il test di utilizzo ad alta temperatura sopra menzionato, è necessario prestare attenzione ai seguenti punti:

① A causa della necessità di un certo periodo di tempo per l'equilibrio termico, il punto di partenza per il tempo di prova di 7 ore non è quando la camera di prova raggiunge la temperatura T, ma quando la temperatura della superficie del campione raggiunge T;

② Se il ciclo di carica e scarica della batteria agli ioni di litio non viene completato entro 7 ore, il tempo di test dovrebbe essere esteso fino alla fine di questo ciclo;

③ A causa del trasferimento di calore accelerato causato dal flusso d'aria nella camera di prova, che porta alla perdita di calore superficiale dalla batteria durante la carica e la scarica, potrebbero essere necessarie misure come la riduzione della velocità del vento per ridurre al minimo l'impatto sul campione possibile;

④ Se il circuito di protezione del campione viene interrotto durante il processo di carica e scarica (invece di interrompersi immediatamente dopo l'equilibrio della temperatura), è solo necessario continuare a mantenere alta la temperatura fino alla fine del test (7 ore in totale) e la batteria non è in pericolo.