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Test di fuga termica delle batterie agli ioni di litio - Parte 1

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Test di fuga termica delle batterie agli ioni di litio - Parte 1

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Sulla base dell'esperimento delle caratteristiche di incendio a fuga termica delle batterie al litio, sono state riassunte le caratteristiche di fuga termica degli ioni di litio 18650 con quantità di carica del 20%, 30%, 50%, 70% e 100%, tra cui la propagazione della fuga termica, il tasso di rilascio di calore, la temperatura, la perdita di massa e il gas rilasciato. Analizzare le caratteristiche del rischio di fuga termica delle batterie al litio nell'abitacolo, nella cabina e nella stiva, nonché la capacità dei sistemi di estinzione e ventilazione interni e di altre strutture di resistere agli incendi delle batterie al litio. Introdurre l'esperimento di fuga termica in un ambiente di volo simulato e mutevole, fornendo un riferimento per lo sviluppo di esperimenti su larga scala relativi alle batterie al litio.

Le batterie subiscono una fuga termica a causa di riscaldamento, cortocircuiti o collisioni con forze esterne, che non solo rilasciano violentemente una grande quantità di gas e calore, ma si diffondono facilmente da una batteria a quelle adiacenti. Sebbene il fenomeno del thermal runaway vari a seconda del tipo di batteria, può essere riassunto in quattro fasi: innanzitutto, il gas viene espulso alternativamente dai piccoli fori (l'imballaggio esterno viene bruciato per formare piccoli fori), poi le sostanze interne emergono dai piccoli fori esistenti all'estremità positiva, quindi le sostanze interne vengono espulse e infine tutte le sostanze interne vengono espulse. In posizione verticale, le esplosioni sono soggette a verificarsi in direzione orizzontale e i gas e gli elettroliti vengono rilasciati in direzione verticale. Le sostanze espulse sono principalmente rame, grafite e alluminio.

1 Influenza della quantità di carica sulle caratteristiche della fuga termica

Per quanto riguarda lo studio dell'effetto dello stato di carica (SOC) sulle caratteristiche di fuga termica delle batterie agli ioni di litio, i ricercatori hanno scoperto che la temperatura di autoaccensione della batteria 18650 al nichel cobalto è di circa 10 ℃. La stabilità termica delle batterie agli ioni di litio diminuisce con l'aumento del SOC e si verifica l'effetto domino a catena della propagazione della fuga termica.

Con l'aumento del SOC della batteria, la temperatura iniziale del thermal runaway diminuisce gradualmente, mentre la temperatura finale del thermal runaway prima aumenta e poi diminuisce e la perdita di massa aumenta gradualmente. Quando il SOC è pari a 0%, il contenuto di CO nel gas generato è il più alto e la tossicità del fumo è la più forte; al 50%, viene generata la massima quantità di gas di scarico, ma il contenuto di CO è relativamente basso e le caratteristiche della combustione del getto della batteria agli ioni di litio sono le più evidenti

1.1 Trasmissione della fuga termica

le batterie 18650 agli ioni di litio con SOC del 20%, 30%, 50%, 70% e 100% sono state suddivise in 5 gruppi, ciascuno composto da 4 batterie e 1 riscaldatore cilindrico da 100W. È stato riscontrato che quando il SOC era del 50%, tutte e quattro le batterie hanno sperimentato il thermal runaway, con temperature che hanno superato i 700 ℃; quando il SOC è del 40%, due batterie sperimentano il thermal runaway; quando il SOC è del 30%, 70% e 100%, solo una batteria perde il controllo termico.

1.2 Tasso massimo di rilascio di calore

Nell'esperimento sull'influenza del runaway termico, il sistema è stato suddiviso in 5 gruppi in base ai valori di SOC del 20%, 30%, 50%, 70% e 100%. Il sistema è stato riscaldato con alcool e le variazioni di calore del sistema sono state registrate con un calorimetro a cono. Il tasso di rilascio del calore di picco (PHRR) è stato determinato dalla relazione tra le variazioni di SOC e il tasso di rilascio del calore di picco (PHRR). I risultati mostrano che il PHRR aumenta con l'aumentare del SOC, con un PHRR medio del 50% e un PHRR minimo del 20%. Quando si verifica il runaway termico, il valore massimo di PHRR appare intorno al 50% di SOC, che è anche il più soggetto alla diffusione del runaway termico tra le batterie e rappresenta il pericolo maggiore

1.3 Temperatura

Esplorazione della relazione tra temperatura e variazioni di SOC nelle batterie 18650 agli ioni di litio durante le diverse fasi del runaway termico attraverso esperimenti di misurazione della temperatura. L'esperimento ha rilevato che la temperatura T durante il primo rilascio di gas dovuto al runaway termico è indipendente dal SOC e rimane intorno ai 200 ℃; la temperatura T2 durante il secondo rilascio di gas è anch'essa indipendente dal SOC, circa 260 ℃. La temperatura massima T MAX durante l'intero processo di fuga termica aumenta con l'aumentare del SOC. Allo 0%, la temperatura massima è di circa 600 ℃, mentre al 100% la temperatura massima supera i 1000 ℃.

1.4 Perdita di qualità

Esplorazione della perdita di massa durante il processo di fuga termica nell'esperimento di perdita di massa per fuga termica. Dopo il primo rilascio di gas, la perdita di massa è di circa 2-3g e dopo il secondo rilascio di gas, la perdita di massa è di circa 17g. La durata totale dei due rilasci è di circa 2 secondi. Esplorando la relazione tra la legge di variazione della perdita di massa da thermal runaway e il SOC, è emerso che la massa m dopo il primo rilascio di gas da thermal runaway non cambia al variare del SOC e la perdita di massa durante questa fase è un valore costante; la massa m2 dopo il secondo rilascio di gas diminuisce con l'aumento del SOC. La perdita di massa della batteria durante l'intero processo di runaway termico mostra una tendenza all'aumento con l'aumentare del SOC. A parità di SOC, la perdita di massa durante il thermal runaway è una funzione lineare della capacità di accumulo. Più grande è la capacità di accumulo, maggiore è la perdita di massa durante il thermal runaway.

1.5 Rilascio di gas

Nell'esperimento sul rischio di rilascio di gas, 400 batterie 18650 agli ioni di litio con un SOC del 50% sono state collocate in una camera a pressione di 10 metri quadrati per sperimentare la fuga termica. La pressione misurata ha mostrato che la pressione massima che potevano generare era di 193,1kPa. Quando una singola batteria perde il controllo termico, circa 6 litri di gas infiammabile possono essere rilasciati entro 3 secondi, e si ottiene la quantità totale di gas rilasciato e la legge di ogni componente che aumenta con l'aumento del SOC.

La composizione del gas può variare a seconda del tipo di batteria. Effettuare esperimenti di prova di pressione nella stiva 737. Misurare la pressione generata dall'accensione del gas rilasciato dal thermal runaway delle batterie al litio nella stiva del 737 in uno stato ambientale reale di capacità di carico del 70%. I risultati indicano che quando il gas rilasciato dal thermal runaway delle batterie agli ioni di litio 18650 con 8 SOC del 50% o 3 SOC del 100% viene acceso, il fumo delle fiamme e la pressione generata causano il malfunzionamento del sistema di estinzione degli incendi nella stiva.