Informazioni sul test di cortocircuito interno della batteria

Informazioni sul test di cortocircuito interno della batteria

La batteria agli ioni di litio ha i vantaggi dell'alta densità di energia, della lunga durata, dell'alta tensione nominale, dell'elevata capacità di sopportare la potenza e della bassa efficienza di autoscaricamento, ed è diventata la batteria di potenza ideale per i veicoli elettrici ibridi e i veicoli elettrici puri. Tuttavia, il problema della sicurezza della batteria agli ioni di litio è diventato il fattore principale che ne impedisce l'ampio utilizzo nel campo dell'energia.

Con l'aumento del numero di veicoli elettrici, i loro problemi di sicurezza sono sempre più evidenti e i problemi di sicurezza dei veicoli elettrici derivano principalmente dal loro sistema di alimentazione - le batterie agli ioni di litio. I problemi di sicurezza delle batterie agli ioni di litio sono causati principalmente da incendi ed esplosioni provocati dalla fuga termica; una delle ragioni della fuga termica è il cortocircuito all'interno della batteria.

Attualmente, la ricerca sulla fuga termica delle batterie agli ioni di litio si concentra principalmente sull'analisi modellistica e sull'analisi sperimentale di un solo tipo di batteria. Il presente documento adotta diversi metodi per le batterie 18650 e per le batterie quadrate per simulare la fuga termica causata da un cortocircuito nella cella del modulo batteria ed esplora il metodo adatto alla verifica della fuga termica del modulo batteria di potenza.

1.Cortocircuito nell'unità

In generale, il rischio di cortocircuito interno nei test di abuso è massimo.

Quando la batteria presenta un cortocircuito interno, la temperatura interna aumenta. L'alta temperatura induce una serie di reazioni esotermiche dei materiali della batteria e il calore generato dalla reazione aumenta ulteriormente la temperatura interna della batteria e intensifica il tasso di reazione esotermica. Infine, la reazione esotermica e l'alta temperatura si influenzano reciprocamente, presentando uno stato di runaway, cioè di fuga termica, con conseguenti incidenti di sicurezza come la combustione e l'esplosione delle batterie agli ioni di litio. Attualmente, il cortocircuito interno della batteria è causato principalmente dalle due seguenti ragioni: i difetti del primo diaframma, l'inquinamento delle materie prime o i residui di oggetti estranei si deteriorano e si amplificano continuamente durante il trasporto e l'uso della batteria.

A questo punto, anche il produttore di batterie con il miglior controllo di qualità non può evitare completamente le impurità metalliche o le bave generate nel processo di produzione: l'uso della seconda batteria supera l'intervallo applicabile di corrente, tensione e temperatura specificato dal produttore. Un metodo ampiamente accettato per testare il cortocircuito interno nel settore dovrebbe avere le seguenti caratteristiche:

(1) è in grado di adattarsi al cambiamento della struttura e della forma della batteria (è possibile utilizzare batterie cilindriche o quadrate)

(2) I risultati del test devono poter essere confrontati con quelli di altre variabili.

I vari cortocircuiti interni possono essere classificati nelle seguenti quattro categorie: da polo negativo a polo positivo, da polo negativo a lamina di alluminio, da lamina di rame a lamina di alluminio e da lamina di rame a polo positivo

2.Introduzione al metodo del cortocircuito in cella singola

In questo documento, per la simulazione del test vengono utilizzate batterie di tipo 18650 e batterie quadrate con lo stesso materiale positivo. Il metodo di innesco del cortocircuito nella batteria di prova è il riscaldamento del filo di resistenza e la penetrazione del chiodo.

(1) Riscaldamento del filo di resistenza

Il metodo di riscaldamento con filo di resistenza è stato utilizzato per simulare la fuga termica della batteria agli ioni di litio causata dal drastico cambiamento della temperatura ambiente. Il diaframma della batteria è composto da un diaframma a tre strati PP/PE/PP, il cui punto di fusione del PP è di 165 ℃ e quello del PE di 135 ℃. Avvolgendo il filo di resistenza sulla superficie della batteria agli ioni di litio per il riscaldamento, si genera rapidamente una grande quantità di calore, che provoca la deformazione e la contrazione del diaframma e la connessione dei poli positivo e negativo, causando un cortocircuito nella batteria e, infine, la perdita del controllo del calore.

(2) Penetrazione del chiodo

La fuga termica della batteria agli ioni di litio è causata dalla penetrazione dell'ago d'acciaio nella batteria agli ioni di litio per simulare la presenza di corpi estranei metallici all'interno della batteria. Una volta penetrato nella batteria, l'ago d'acciaio si collega agli elettrodi positivo e negativo come un conduttore metallico, causando un cortocircuito interno della batteria. La posizione di cortocircuito genera una grande corrente e genera rapidamente molto calore, che alla fine porta alla fuga termica della batteria.

3.Metodo di verifica della fuga termica del modulo della batteria di potenza

(1) Riscaldamento del filo di resistenza

batteria 18650

Per il test è stata utilizzata una batteria 18650. Il filo di resistenza con una certa resistenza interna è avvolto sulla superficie della batteria tramite calcolo, e un sensore di temperatura è disposto all'esterno dell'alloggiamento della batteria, quindi la batteria è disposta al centro del modulo batteria. Anche la batteria adiacente è dotata dello stesso sensore di temperatura. Dopo aver assemblato le batterie in moduli in parallelo, utilizzare il metodo di carica specificato dal produttore per caricare le batterie al massimo. Collegare il filo di resistenza all'alimentazione esterna e collegare il sensore di temperatura al rilevatore di temperatura della pattuglia; registrare lo stato iniziale del modulo batteria (tensione, temperatura, ecc.), continuare a riscaldare la batteria fino a quando non si guasta, scollegare l'alimentazione esterna e osservare se il modulo è fuori controllo a causa del calore.

Cella prismatica

Il test utilizza una batteria quadrata. Avvolgere lo stesso filo di resistenza sulla superficie della batteria e disporre dei sensori di temperatura sulla superficie della batteria da riscaldare e sulle superfici adiacenti. Dopo che la batteria ha formato un modulo, caricare il modulo fino alla carica completa secondo il metodo di carica specificato dal produttore. Il metodo di riscaldamento e la registrazione della temperatura sono gli stessi dei test precedenti. Continuare a riscaldare la batteria finché non si guasta. Scollegare l'alimentazione esterna e osservare se il modulo della batteria quadrata è fuori controllo.

(2) Penetrazione del chiodo

batteria 118650

Per il test è stata utilizzata una batteria 18650. Selezionare la posizione della batteria ad ago per disporre i sensori di temperatura sulla superficie di questa batteria e delle batterie adiacenti. Dopo aver assemblato le batterie in moduli in parallelo, utilizzare il metodo di carica specificato dal produttore per caricare le batterie al massimo. Fissare il modulo sul supporto dell'ago e collegare lo strumento di controllo della temperatura. Con un ago d'acciaio del diametro di 1 mm, forare la batteria a una velocità di 1 mm/s finché non prende fuoco e osservare se il modulo è fuori controllo a causa del calore.

Cella prismatica

Il test utilizza una batteria quadrata. Selezionare la posizione della batteria forata con l'ago, disporre i sensori di temperatura sulle superfici adiacenti della batteria e caricare completamente la batteria secondo il metodo di carica specificato dal produttore dopo che la batteria ha formato un modulo. Con un ago d'acciaio del diametro di 1 mm, bucare la batteria a una velocità di 1 mm/s fino a quando non prende fuoco e osservare se il modulo è fuori controllo a causa del calore.

4.Conclusione

Conducendo test di riscaldamento e puntura con filo di resistenza su batterie 18650 e batterie quadrate, la batteria nel modulo è stata messa in cortocircuito e si è simulato che la batteria nel modulo batteria fosse fuori controllo a causa del calore. È stato esaminato il metodo di verifica appropriato per il fuori controllo termico e sono state tratte le seguenti conclusioni:

(1) Confrontando i test di penetrazione del chiodo e di riscaldamento del filo cationico, abbiamo scoperto che per lo stesso tipo di batteria, il cortocircuito interno innescato dal riscaldamento del filo di resistenza provoca un aumento della temperatura della batteria, che riteniamo sia causato dal calore introdotto dal riscaldamento del filo di resistenza;

(2) Durante il processo di riscaldamento del filo della resistenza, questo porterà molto calore alla batteria adiacente. Se la distanza tra i moduli è piccola, è molto probabile che la batteria riscaldata e quella adiacente siano fuori controllo, con conseguente fallimento della simulazione del test. Pertanto, riteniamo che il metodo di penetrazione dei chiodi sia più adatto per la verifica della sicurezza del calore fuori controllo della batteria 18.650 e del modulo di batteria quadrato;

(3) Quando la valvola di sicurezza di scarico della pressione è in cortocircuito nella batteria, può ridurre la pressione interna e la temperatura della batteria, evitare che la batteria vada in fuga termica e svolgere un ruolo di protezione;

(4) L'incendio causato dall'irrorazione dell'elettrolito ad alta velocità non è la causa principale dell'aumento di temperatura e del guasto delle batterie adiacenti.