Analisi del test di sicurezza e stabilità delle batterie agli ioni di litio - Parte 2

Analisi del test di sicurezza e stabilità delle batterie agli ioni di litio - Parte 2

1.3 Test di sovraccarico

Il sovraccarico di una singola batteria deve essere interrotto dopo una carica a corrente costante di 1 I1 (A) finché la tensione non raggiunge 15 volte la tensione di terminazione della carica specificata nelle condizioni tecniche dell'impresa o il tempo di carica raggiunge 1h. Osservare per 1 ora. Durante questo processo, la batteria non deve esplodere o prendere fuoco. Il sovraccarico della batteria del modulo consiste anche nell'interrompere la carica dopo una carica a corrente costante di 1 I1 (A) fino a quando la tensione di una singola batteria raggiunge 15 volte la tensione di terminazione della carica specificata nelle condizioni tecniche dell'impresa o il tempo di carica raggiunge 1h, e osservare per 1h. Durante questo processo, la batteria non deve esplodere o prendere fuoco.

Nella fase iniziale del test di sovraccarica, lo strato metastabile del film limite di elettrolita solido (SEI) formatosi sulla superficie dell'elettrodo negativo di carbonio subisce una prima reazione di decomposizione esotermica. Continuando a caricare, la tensione della batteria continua ad aumentare e la temperatura della batteria continua a salire. Oltre alla reazione tra gli elettrodi positivi e negativi e l'elettrolita qui descritta, l'alta tensione provoca anche la decomposizione dell'elettrolita. Pertanto, all'interno della batteria si genererà una grande quantità di gas e la batteria si gonfierà notevolmente (come mostrato nella Figura 1). Continuare la carica. Sotto l'azione dell'alta temperatura e dell'alta pressione, una grande quantità di gas viene spruzzata dall'interno della batteria formando un fumo denso, come illustrato nella Figura 2. In questo caso, il carbonato lineare viene spruzzato all'interno della batteria. In questo caso, il carbonato lineare nell'elettrolita si incendia a causa dell'alta temperatura dopo decine di secondi, causando un incendio o addirittura un'esplosione, come mostrato nella Figura 3.

Un altro tipo di incendio della batteria può verificarsi durante il test di cortocircuito del modulo in cui più batterie sono collegate in parallelo e poi in serie. Quando la batteria è gravemente deformata a causa della produzione e del gonfiaggio di gas, i capicorda positivi e negativi all'esterno della batteria entrano in contatto tra loro sotto l'azione del pezzo di collegamento, dando luogo a un cortocircuito e a un incendio, come mostrato nella Figura 4.

1.4 Prova di schiacciamento

Lo schiacciamento del monomero deve essere un semicilindro con un raggio di 75 mm (la lunghezza del semicilindro è maggiore delle dimensioni della batteria estrusa). La direzione di schiacciamento deve essere perpendicolare alla direzione della piastra della batteria. Premere la batteria alla velocità di (5 ± 1) mm/s per fermarsi dopo una delle seguenti condizioni: la tensione raggiunge 0V o la deformazione raggiunge il 30% o la forza di schiacciamento raggiunge 200kn, e osservare per 1h. In questo progetto, la batteria non deve esplodere o prendere fuoco. La piastra di frantumazione utilizzata per la frantumazione dei moduli è simile alla frantumazione singola. La direzione di schiacciamento è la stessa in cui è più probabile che il modulo della batteria venga schiacciato nella disposizione dell'intero veicolo (se la direzione più probabile di schiacciamento non è disponibile, applicare la pressione perpendicolarmente alla direzione di disposizione della batteria singola). Quando la deformazione del modulo batteria raggiunge il 30% a (5 ± 1) mm/s o la forza di schiacciamento raggiunge un certo valore, fermare Keep per 10 minuti e osservare per 1 ora. Durante questo processo, il modulo batteria non deve esplodere o prendere fuoco.

Esistono due situazioni in cui lo schiacciamento fa perdere il controllo del calore alla batteria: la pressione di schiacciamento deforma la batteria e il diaframma interno si rompe. La reazione causata dal contatto delle piastre positive e negative della batteria è simile a quella del test di agopuntura, con conseguente incendio ed esplosione della batteria, come mostrato nella Figura 5. Il secondo caso è simile al test di cortocircuito. Dopo la deformazione della batteria, le alette positive e negative entrano in contatto per formare il fenomeno del cortocircuito esterno della batteria e, infine, si verificano l'incendio e l'esplosione, come illustrato nella Figura 6.

2.Test di sicurezza in GB /T314673-2015

Lo standard GB / T314673-2015 riguarda i requisiti di sicurezza e i metodi di prova dei pacchi batteria agli ioni di litio e dei sistemi per veicoli elettrici. Sono previsti 16 test di sicurezza. I test di sicurezza delle prestazioni elettriche (protezione da sovrascarica, protezione da sovraccarico, protezione da cortocircuito e protezione da sovratemperatura) dei pacchi batteria e dei sistemi sono tutti test di protezione. In altre parole, se il pacco batteria o il sistema sono dotati di azioni protettive come lo scollegamento del relè e il fusibile durante il test, quest'ultimo viene superato e, in genere, non si verifica alcun runaway termico. Complessivamente, la percentuale di fuga termica del gruppo o del sistema di batterie agli ioni di litio è ridotta e si concentra principalmente nel processo di prova delle vibrazioni e dello schiacciamento.

2.1 Test di vibrazione

Installare l'oggetto di prova sul tavolo vibrante. Il test di vibrazione viene eseguito in tre direzioni, iniziando dall'asse z, poi dall'asse y e infine dall'asse x. Per gli oggetti di prova installati in altre posizioni, il tempo di prova in ciascuna direzione è di 21 ore. Durante il test, monitorare lo stato dell'unità di monitoraggio più piccola all'interno dell'oggetto di prova, come la tensione e la temperatura. Dopo il test di vibrazione, osservare per 2 ore che il pacco batteria non presenti perdite, rotture del guscio, incendi o esplosioni. La resistenza di isolamento dopo il test non deve essere inferiore a 100 Ω/V.

In caso di vibrazioni prolungate, il foglio isolante della batteria del modulo si stacca o si consuma facilmente e i contatti del capocorda positivo e negativo o i contatti con il guscio del pacco batteria formano un cortocircuito, con conseguente fuga termica della batteria, come mostrato nella Figura 7. Allo stesso tempo, durante il processo di vibrazione, si è riscontrato che la parte di collegamento della batteria genera forti sollecitazioni ed è facile che venga strappata in corrispondenza dell'orecchio del polo con un forte collegamento luminoso in condizioni statiche, come mostrato nella Figura 8.

Lo standard di vibrazione di GB / T314673-2015 è troppo severo rispetto ad altri standard, e molti pacchi batteria subiscono una fuga termica durante il test di vibrazione. Nella modifica n. 1, lo standard di vibrazione è stato modificato in 15 minuti di vibrazione ad onda sinusoidale del pacco batteria o del sistema, e la frequenza di vibrazione aumenta da 7Hz a 50Hz per poi tornare a 7Hz. Questo ciclo deve essere ripetuto 12 volte in 3 ore nella direzione verticale della posizione di installazione del pacco batterie o del sistema specificata dal produttore. Eseguire 1 ciclo standard dopo la vibrazione. Dopo il test, osservare per 1 ora la temperatura ambiente del test. Requisiti: il pacco batteria o il sistema deve essere collegato in modo affidabile e la struttura deve essere intatta. Il pacco batteria o il sistema non deve presentare perdite, rotture dell'involucro, incendi o esplosioni; la resistenza di isolamento dopo il test non deve essere inferiore a 100 Ω/V. Dopo l'implementazione dell'ordine di modifica, raramente si verifica la fuga termica del pacco batterie. Lo standard di prova delle vibrazioni del pacco batterie deve essere formulato in base allo spettro stradale del veicolo elettrico che circola su strada. Non è opportuno essere troppo severi o troppo permissivi. Pertanto, l'obiettivo attuale è quello di formulare e implementare al più presto lo standard di vibrazione del pacco batteria con parametri corretti e passi perfetti.

2.2 Test di schiacciamento del pacco batteria

Per lo schiacciamento del pacco batteria si adotta un semicilindro con un raggio di 75 mm. La lunghezza del semicilindro è maggiore dell'altezza dell'oggetto in prova, ma non superiore a 1m. Interrompere lo schiacciamento quando la forza di schiacciamento raggiunge i 200kn o la deformazione di schiacciamento raggiunge il 30% della dimensione complessiva nella direzione di schiacciamento. Conservare per 10 minuti e osservare per 1 ora. Il pacco batteria deve essere esente da accensione, esplosione e altri fenomeni.

Durante il test di schiacciamento del pacco batteria, si è riscontrato che il pacco batteria che supera il test di schiacciamento generalmente interrompe il test dopo che la forza di schiacciamento raggiunge i 200kn. Se la resistenza del guscio del pacco batteria non è sufficiente e la deformazione del pacco batteria raggiunge il 30%, in genere si verifica un incendio (come mostrato nella Figura 9). Infatti, dopo la deformazione del pacco batterie, la deformazione di alcune batterie all'interno del pacco supera addirittura l'80%. In questo caso, il monomero o il modulo all'interno del pacco batterie sarà termicamente fuori controllo.

Nell'emendamento n. 1, la forza di schiacciamento della testa di schiacciamento passa da 200 kn a 100 kn, mentre gli altri standard rimangono invariati. Nel funzionamento effettivo dell'intero veicolo, la forza di schiacciamento dopo la collisione non è certa e la deformazione della batteria può essere molto elevata. Pertanto, molti veicoli elettrici prenderanno fuoco in caso di incidenti da collisione.

3.Conclusione

Nelle batterie agli ioni di litio si verifica una serie di reazioni dovute a motivi individuali o a condizioni di uso improprio e abuso, con conseguente fuga termica, incendio ed esplosione della batteria. Parametri corretti e standard di prova standardizzati sono mezzi importanti per verificare la sicurezza delle batterie. Il presente documento presenta diversi test rappresentativi in cui le celle, i moduli, i pacchi batteria e i sistemi delle batterie sono soggetti a runaway termico e analizza le cause e il meccanismo del runaway termico. Attualmente, la batteria agli ioni di litio non è perfetta e il problema della sicurezza è il problema principale che limita l'industria delle nuove energie. Tuttavia, con la diffusione e l'applicazione di materiali per batterie agli ioni di litio ad alta sicurezza, la maturità della tecnologia di gestione delle batterie e il miglioramento degli standard di ispezione, le batterie agli ioni di litio svolgeranno un ruolo importante in futuro.