Test di schiacciamento per batterie al litio

Test di schiacciamento per batterie al litio

Con la diffusione dei veicoli elettrici a nuova energia, i problemi di sicurezza dei veicoli elettrici ricevono un'attenzione crescente. Tra questi, le caratteristiche di sicurezza delle batterie al litio sono uno dei fattori chiave per la sicurezza dei veicoli elettrici. Questo articolo prende come oggetto di ricerca le batterie al litio ternarie soft pack e, attraverso ricerche sperimentali e di simulazione, esplora le caratteristiche di sicurezza delle batterie al litio in presenza di diverse forme di teste di schiacciamento, diverse posizioni di schiacciamento e diverse condizioni iniziali di stato di carica (SOC).

I risultati della ricerca indicano che quanto più netta e stretta è la forma della testa di schiacciamento, tanto più precoce è il tempo di aumento improvviso della temperatura della batteria al litio, tanto maggiore è la perdita improvvisa di temperatura e tanto più elevato è l'aumento della resistenza interna. Quanto più la posizione di schiacciamento è vicina al bordo inferiore della batteria al litio, tanto più è probabile che l'aumento di temperatura provochi una fuga termica. Più la posizione di schiacciamento è vicina all'orecchio del polo, maggiore è la perdita di capacità e il valore della resistenza interna. Inoltre, quanto più elevato è il SOC delle batterie al litio, tanto più è probabile che si verifichino fenomeni di fuga termica, maggiore caduta di tensione, maggiore perdita di capacità e maggiore resistenza interna.

Per comprendere più a fondo le caratteristiche di sicurezza delle batterie al litio in diverse condizioni, in questo articolo sono stati creati modelli di simulazione termica e di stress per le batterie al litio basati sulla piattaforma software COMSOL e sono state condotte simulazioni delle variazioni di temperatura e di stress delle batterie al litio in diverse condizioni di schiacciamento. I risultati della simulazione mostrano che i modelli di temperatura e deformazione delle batterie al litio dopo lo schiacciamento sono in buon accordo con gli esperimenti di schiacciamento reali.

1 Principio di funzionamento

Quando una batteria al litio si scarica, gli elettroni fluiscono dall'elettrodo negativo a quello positivo attraverso un circuito esterno, mentre gli ioni di litio si spostano dall'elettrodo negativo a quello positivo. Durante questo processo, gli ioni di litio vengono trasferiti attraverso l'elettrolita e passano attraverso il separatore per raggiungere l'elettrodo positivo. Questo processo è chiamato reazione di rimozione del litio.

Quando una batteria al litio viene caricata, gli elettroni fluiscono dall'elettrodo positivo a quello negativo attraverso un circuito esterno, mentre gli ioni di litio si spostano dall'elettrodo positivo a quello negativo. Durante questo processo, gli ioni di litio vengono trasferiti attraverso l'elettrolita e passano attraverso il separatore per raggiungere l'elettrodo negativo. Questo processo è chiamato reazione di intercalazione del litio.

Il thermal runaway delle batterie al litio si riferisce al fenomeno del surriscaldamento, dell'accensione e dell'esplosione causati dalla rapida variazione della velocità di auto-aumento della temperatura della batteria provocata dalla reazione a catena del rilascio di calore di una singola cella. Questo fenomeno può essere causato da cortocircuiti interni, sovraccarico, schiacciamento, temperature elevate e altri motivi nella batteria. Quando la temperatura della batteria aumenta in una certa misura, il tasso di reazione chimica interna della batteria accelera, generando una grande quantità di energia termica, che porta a un rapido aumento della temperatura della batteria e, in ultima analisi, alla fuga termica della batteria. Durante questo processo, l'elettrolita all'interno della batteria si decompone, i materiali degli elettrodi positivi e negativi bruciano e la batteria prende fuoco o esplode.

Pertanto, quando si utilizzano le batterie al litio, è necessario prestare attenzione alle questioni di sicurezza ed evitare operazioni avverse come il sovraccarico, la scarica, la spremitura e le alte temperature per garantire la sicurezza e la stabilità della batteria. Allo stesso tempo, durante l'uso, le condizioni della batteria devono essere controllate regolarmente e i problemi devono essere identificati e affrontati in modo tempestivo per evitare incidenti di sicurezza.

2 Schiacciamento della batteria al litio

Gli oggetti di ricerca esistenti comprendono principalmente batterie al litio ferro fosfato a guscio quadrato e batterie al litio cilindriche 18650. Esistono due metodi di ricerca principali: la ricerca sperimentale e la ricerca simulata in rettilineo. Nella ricerca sperimentale, i principali metodi di carico meccanico per le batterie al litio cilindriche sono tre: il metodo di flessione a tre punti, il metodo di schiacciamento radiale assiale e il metodo di schiacciamento locale; i principali metodi di carico meccanico per le batterie al litio quadrate sono il metodo di schiacciamento locale e il metodo di schiacciamento a piastra piatta. Le forme principali delle teste di schiacciamento sono piatte, sferiche, emisferiche e coniche.

3 Camera di prova

Camera di prova per lo schiacciamento delle batterie al litio

In grado di fornire stati di schiacciamento in diverse condizioni e di registrare le variazioni delle caratteristiche di sicurezza della batteria. Questo dispositivo comprende tipicamente un dispositivo di compressione, un sistema di acquisizione dati, un dispositivo di protezione di sicurezza e altri componenti. Nell'esperimento, i ricercatori hanno utilizzato una piattaforma sperimentale di schiacciamento per comprimere le batterie al litio con forme, forze e posizioni diverse per analizzare i cambiamenti delle caratteristiche di sicurezza delle batterie al litio in varie condizioni. Il sistema di raccolta dati raccoglierà in tempo reale i parametri delle caratteristiche di sicurezza, come la temperatura, la tensione, la resistenza interna e la capacità delle batterie al litio, per aiutare i ricercatori a comprendere i cambiamenti delle batterie al litio durante il processo di schiacciamento. Il dispositivo di protezione di sicurezza viene utilizzato per proteggere la sicurezza del personale e delle attrezzature durante il processo sperimentale.

Sistema di acquisizione dei parametri

Il sistema di raccolta comprende un sistema di raccolta della temperatura, un sistema di raccolta della tensione, un sistema di raccolta della resistenza e un sistema di raccolta della capacità della batteria. Il sistema di acquisizione della temperatura utilizza termocoppie di tipo K e un modulo di acquisizione dati di temperatura a 8 canali per trasmettere i dati al computer superiore tramite RS485 a USB. Il sistema di acquisizione della tensione utilizza un trasformatore di tensione per la trasformazione del segnale e trasmette i dati al computer superiore tramite RS485 a USB; il sistema di acquisizione della resistenza utilizza il metodo di divisione della tensione della resistenza per la trasformazione del segnale e trasmette i dati al computer superiore tramite RS485 a USB; il sistema di raccolta della capacità della batteria utilizza un tester della capacità della batteria al potassio per il test e trasmette i risultati del test al computer superiore. L'intero sistema di raccolta realizza la raccolta e la trasmissione dei dati attraverso un modulo di raccolta dati e, infine, li visualizza e li analizza sul computer superiore.

4 Conclusione

I risultati sperimentali sono stati schiacciati da diversi SOC iniziali:

(1) L'effetto di diversi SOC iniziali sull'aspetto delle batterie al litio non è significativo.

(2) I parametri caratteristici di sicurezza delle batterie al litio con diverso SOC iniziale variano dopo lo schiacciamento.

(3) La batteria al litio al 100% di SOC ha uno spessore maggiore nel punto di schiacciamento.

Risultati sperimentali di schiacciamento con diverse forme di teste di schiacciamento:

(1) La testa di schiacciamento ad angolo retto produce un'area di schiacciamento più ampia per le batterie al litio e la posizione di schiacciamento è relativamente stretta.

(2) La testa di schiacciamento cilindrica produce un'area di schiacciamento più piccola per le batterie al litio e la posizione di schiacciamento è relativamente smussata.

(3) A parità di condizioni iniziali SOC e di posizione di schiacciamento, le caratteristiche di sicurezza delle batterie al litio con due diverse forme di teste di schiacciamento sono le seguenti:

L'influenza dei numeri varia.