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Fuga térmica de la batería de iones de litio

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Fuga térmica de la batería de iones de litio

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Evolución del litio durante la carga de la batería y control de la carga rápida

A través de la prueba, se descubre que habrá una evidente precipitación de litio cuando la batería se cargue rápidamente. Mediante el estudio del mecanismo de evolución del litio, se descubre que el proceso completo de evolución del litio incluye la precipitación del litio y su reincorporación en la superficie del electrodo negativo durante la carga de la batería. El proceso de precipitación se forma después de que el electrodo negativo tenga un potencial cero. Después de que la batería deje de cargarse, el potencial volverá a estar por encima del potencial cero. En este momento, se volverá a incrustar. Entonces todo el litio reversible se disolverá completamente y el electrodo negativo dejará de reaccionar.

Ajustando la corriente de carga para que la diferencia de potencial sea cercana a cero, se puede realizar la carga rápida sin precipitación de litio.

Cortocircuito en la batería y gestión de la misma

El cortocircuito interno es un eslabón común del desbordamiento térmico de la batería. Pueden producirse distintos tipos de cortocircuito interno por diversas razones, como la deformación mecánica, la extrusión, el desgarro, la rotura del diafragma, la sobrecarga y la descarga, y el sobrecalentamiento extremo. Un cortocircuito interno más peligroso es el cortocircuito interno autoinducido, como el accidente del Boeing 787, que se produce debido a la evolución acumulada de impurezas y partículas introducidas en el proceso de fabricación tras un funcionamiento prolongado.

El cortocircuito interno es un fenómeno difícil de reproducir en la prueba. Es necesario desarrollar una variedad de métodos de prueba alternativos. Hemos inventado un nuevo método de prueba alternativo para simular la detección del cortocircuito interno. La clave es implantar el elemento de disparo de cortocircuito interno de aleación de memoria especial con estructura de pinchos en la batería, elevar la temperatura para que la estructura de pinchos se incline hacia arriba y perforar el diafragma para simular el proceso de cortocircuito interno.

A través de esta prueba, se encuentra que los tipos importantes de cortocircuito interno incluyen el cobre de aluminio, el cobre positivo, el negativo de aluminio y los circuitos negativos positivos. Algunos de ellos están inmediatamente fuera de control, como el contacto entre el aluminio y el electrodo negativo; El contacto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo generalmente no causa el desbordamiento térmico; El riesgo de contacto entre el aluminio y el cobre también es relativamente alto, pero no necesariamente conduce al cortocircuito interno inmediatamente.

Lo más importante en la prueba es la fusión de la posición de cortocircuito interno, que puede llevar a la terminación de todo el cortocircuito interno o a un cortocircuito interno más grave.

Por lo tanto, es necesario analizar varios parámetros que afectan a esta fusión. Descomponemos y resumimos exhaustivamente todo el proceso de evolución del cortocircuito interno. Sobre esta base, proponemos que, para evitar el desbordamiento térmico, es necesario comprobar el cortocircuito interno en la fase inicial.

Uno de los métodos a analizar es el método de prueba de cortocircuito interno del paquete de baterías en serie, que debe ser diagnosticado en base a la diferencia de consistencia.

Por supuesto, la prueba de cortocircuito interno no es suficiente. Es posible realizar la advertencia temprana de cortocircuito interno y fuga térmica sólo mediante la gestión integral de la sobrecarga, la sobredescarga y el SOP. Se trata de una nueva generación de sistemas de gestión de baterías, que consiste en una estimación de estado y una prueba de fallos integrales con la seguridad como núcleo.

Diseño térmico y de fuga de una sola célula

Se han producido muchos cambios en los materiales del diafragma. Desde el PE, el PP, el PE + cerámica hasta el pet, la temperatura de resistencia al calor del diafragma ha sido muy alta, pudiendo alcanzar los 300 ℃; Al mismo tiempo, la temperatura de liberación de oxígeno de los materiales del cátodo está disminuyendo gradualmente desde los primeros LFP hasta los ncm111, ncm523, ncm622 y ncm811.

Con los cambios de estas dos tecnologías, el mecanismo de fuga térmica también está cambiando. La mayoría de las primeras baterías estaban fuera de control debido a un cortocircuito interno a gran escala causado por el colapso del diafragma, pero el mecanismo de descontrol térmico del diafragma de alta temperatura utilizado actualmente equipado con la batería de iones de litio de potencia positiva 811 ha cambiado, y la liberación de oxígeno del material positivo se ha convertido en la principal causa de descontrol térmico.

Los resultados de las pruebas indican que si el diafragma se retira por completo y se drena el electrolito sin que se produzca un cortocircuito interno, seguirá produciéndose un desbordamiento térmico. Cuando se mezclan los polvos positivo y negativo para su detección, se producirá un violento pico exotérmico.

Propagación térmica y gestión térmica del sistema de baterías

Si todos los métodos anteriores fallan, debemos considerar el problema desde la perspectiva de todo el sistema. Por ejemplo, si se produce una colisión violenta o el chasis es atravesado por sustancias afiladas, el desbordamiento térmico se producirá de vez en cuando. Este desbordamiento térmico sólo puede tratarse a nivel del sistema.

En primer lugar, se detecta el proceso de propagación del desbordamiento térmico, y es evidente que el desbordamiento térmico se produce uno por uno.

En segundo lugar, se detecta la propagación térmica de los módulos de batería en paralelo, y se encuentra la característica única de la propagación de fuga térmica de los módulos en paralelo, es decir, la caída de voltaje en forma de V de varias etapas; Cuando el módulo de batería del vehículo real no está restringido, la expansión de fuga térmica puede mostrar un efecto de aceleración en el módulo de batería, y eventualmente conducir a la combustión violenta y la explosión de todo el módulo.

En tercer lugar, se detectan las características de la válvula de chorro de fuga térmica. En la bomba de combustión cerrada de volumen constante, se graba todo el proceso del chorro térmico desbocado con una cámara de alta velocidad. A partir de la detección, se constata que el flujo de erupción presenta las características de coexistencia trifásica gas-líquido-sólido, en la que la velocidad de erupción del gas es tan alta como 137m/s.

Sobre esta base, se lleva a cabo el diseño de supresión de la propagación del calor, incluyendo el diseño de aislamiento térmico y el diseño de disipación de calor. El diseño de aislamiento térmico consiste en utilizar diferentes materiales de aislamiento térmico para proteger la propagación de calor de los módulos, y el diseño de disipación de calor consiste en suprimir la propagación de calor con diferentes flujos de refrigeración de líquidos.

En el sistema de baterías general, el aislamiento térmico y la disipación de calor pueden hacer frente al proceso de propagación del calor por sí solos, pero en el nuevo sistema de baterías, el aislamiento térmico y la disipación de calor deben combinarse para inhibir la propagación del calor, lo que constituye la llamada tecnología de cortafuegos.

La tecnología de propagación del calor se ha utilizado en la formulación de normas internacionales. En la actualidad, no existe una norma unificada de propagación del calor en el mundo. China introducirá pronto la norma de propagación del calor. La dispersión térmica es la última línea de defensa que conduce a los accidentes de seguridad. Tenemos que cuidar bien esta última línea de defensa, y esforzarnos por promover la experiencia relevante de China al mundo y convertirla en una ley y regulación global.

DGBELL ha estudiado la cámara de pruebas de baterías durante más de 15 años y tiene innumerables experiencias en la industria. La máquina de prueba de fuga térmica para la batería de iones de litio de potencia sólo uno de nuestros productos. También podemos personalizar según sus productos. Cumpliremos con sus necesidades, sólo háganoslo saber.