Prueba de cortocircuito interno de la batería de iones de litio

Prueba de cortocircuito interno de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en varios campos, como los dispositivos móviles, el almacenamiento de energía y los vehículos de nueva energía, con sus ventajas de alta vida de ciclo que la energía, pero en comparación con otros tipos de baterías, su seguridad es el principal problema que necesita ser resuelto. Las baterías de iones de litio producen problemas de seguridad principalmente a través de la generación de calor, y, finalmente, la forma de realización de fuga térmica y las razones para la formación de fuga térmica son principalmente de cortocircuito, fallo de conexión, la cocción a alta temperatura, la inmersión en agua, etc, de los cuales el cortocircuito es la causa más común de fuga térmica El cortocircuito se divide en cortocircuito externo y cortocircuito interno, el cortocircuito externo puede ser controlado a través de la protección de los componentes auxiliares y la optimización de la estrategia, mientras que el cortocircuito interno es difícil de controlar con eficacia. En este trabajo, el estudio sistemático del método de simulación del principio de cortocircuito interno y las medidas de detección preventiva permitirán comprender mejor el método de control de los problemas de seguridad de las baterías y proporcionar una referencia para la aplicación más amplia de las baterías de iones de litio.

Método de prueba de simulación de cortocircuito

Las pruebas de penetración de clavos, extrusión, caída, impacto fuerte y otras son los métodos de prueba de simulación de cortocircuito más comunes en la norma, como QC/T743-2006, SAND2005-3123, UL2580-2011, SAE2464 y otras normas.

Para simular mejor el efecto del cortocircuito, los distintos métodos de prueba están condicionados en la norma. Los ensayos de acupuntura especifican la velocidad de punción de la aguja (QC/T743-2006 requiere 10~40mm/s, otras normas requieren 80mm/s) el diámetro de la aguja (generalmente 3~8 mm); El experimento de extrusión especifica la cantidad de deformación de la presión de extrusión (100 kN o 1000 veces la masa de la muestra) (generalmente el 50% de la deformación) y la forma del disco de extrusión (placa de extrusión de 30 mm con un radio de 75 mm); La prueba de caída especifica las condiciones de la altura de caída (1 a 2 m) y la superficie de contacto (suelo horizontal duro o no plano) en el momento de la caída.

El método experimental de cortocircuito simulado también incluye el experimento de calentamiento de sobrecarga ilimitada resistencia equivalente en paralelo. La sobrecarga ilimitada consiste en cargar la batería de prueba completamente cargada con una corriente constante hasta que el voltaje caiga a 0V o produzca una explosión de combustión es pequeña: el experimento de calentamiento consiste en calentar la muestra experimental, la temperatura de calentamiento está determinada por la resistencia de temperatura del diafragma, y la contracción del diafragma después del calentamiento provoca un cortocircuito interno: La resistencia equivalente en paralelo se dirige principalmente al monómero en paralelo, y uno de los monómeros se conmuta con una resistencia equivalente para simular un cortocircuito interno.

La ventaja del método anterior es que es sencillo y propicio para su aplicación, mientras que la desventaja es que sólo refleja el fenómeno aparente después del cortocircuito interno, y la acumulación de energía térmica que se ha generado antes del cortocircuito interno sin restricción de sobrecarga no puede definirse bien para el calor liberado después del cortocircuito. Además, también hay una cierta incertidumbre en qué parte de la célula el cortocircuito interno causado por el método anterior 14 tiene ciertas limitaciones en el análisis del mecanismo.

El cortocircuito interno forzado consiste principalmente en añadir piezas metálicas incrustadas y agujeros de perforación del diafragma en el interior de la batería y, a continuación, combinar la forma de extrusión externa para lograr cortocircuitos internos en diferentes partes de la batería. Además, el centro del cortocircuito se evalúa añadiendo un metal de bajo punto de fusión o una aleación al electrodo calentándolo y fundiéndolo mediante la monitorización de la temperatura de la tensión, el sonido, la luz y otras formas (6. Estos métodos pueden reflejar mejor el impacto de los cortocircuitos en diferentes partes de la batería Es propicio para el análisis del mecanismo La desventaja es que la batería necesita estar aislada del aire durante el proceso de desmontaje y montaje, y también hay requisitos estrictos de humedad, limpieza y nivel de embalaje.

Medidas de prevención de cortocircuitos internos y métodos de detección

1.Medidas de prevención de cortocircuitos internos

(1) Materiales de la batería, mejora del proceso

Se previene principalmente cambiando el uso de materiales de diafragma y utilizando aditivos de electrolito para evitar la mezcla de impurezas en el proceso de producción de la batería y la prueba de fiabilidad del proceso de producción.

El riesgo de cortocircuitos puede minimizarse utilizando diafragmas cerámicos. Si un cortocircuito es inevitable, la corriente de cortocircuito también puede reducirse recubriendo el material del electrodo con una capa de material PTC, para aumentar la resistencia de la capa PTC cuando se produce el cortocircuito, suprimiendo así la generación de fugas térmicas. Además, debido a que el electrolito utilizado actualmente se basa en el sistema de carbonato de alquilo es fácil de volatilizar y quemar en la batería el uso inadecuado de la acumulación de calor producirá la combustión o explosión por el diseño del electrolito como un electrolito retardante de llama o el uso de electrolito líquido iónico o la adición de material oligómero maleimida reducirá en gran medida los riesgos de seguridad generados por los cortocircuitos.

Optimizar y mejorar el proceso de eliminación de impurezas en la producción de celdas de baterías para eliminar el polvo de metal de hierro, por un lado, para evitar reacciones secundarias irreversibles con el electrolito durante la carga y la descarga, por otro lado, la presencia de partículas de impurezas aumenta aún más el riesgo de perforar el diafragma y provocar cortocircuitos internos. Los rayos X también pueden utilizarse para detectar la alineación de las placas internas de la batería, evitando así el riesgo potencial de cortocircuitos.

(2) Uso de la batería

Evitar la carga a baja temperatura de la evolución del litio. En condiciones de baja temperatura, la conductividad iónica y el coeficiente de difusión de las baterías de iones de litio se reducen en gran medida, lo que puede conducir fácilmente a la evolución del litio durante la carga, por lo que la batería debe ser precalentada a la temperatura de carga adecuada cuando se utiliza a baja temperatura, a fin de evitar que la batería genere dendritas de litio y luego perforar el diafragma cuando se carga a baja temperatura.

Diseño de redundancia de la tasa de carga-descarga de la batería. El diseño redundante permite que la batería funcione siempre en un estado de baja carga, lo que puede proteger eficazmente la batería y reducir en gran medida el riesgo de cortocircuitos internos bajo cargas elevadas.

Mejorar el diseño de la conductividad térmica de la batería o suprimir la capacidad de producción de calor, ya que el cortocircuito interno de la batería generará instantáneamente una gran cantidad de calor. Si el calor se acumula, provocará la descomposición del electrolito, la reacción de oxidación/reducción entre el electrolito y la superficie positiva/negativa de los electrodos positivos y negativos, y la contracción y descomposición del diafragma, lo que dará lugar a una fuga térmica.

2.Un medio para detectar cortocircuitos en el interior de la batería

Detección térmica: determinar si se ha producido un cortocircuito colocando un termopar en la pared lateral de la batería para detectar los cambios de temperatura. Dado que el calor se conduce desde el interior hacia el exterior cuando se produce el cortocircuito, la temperatura muestra que hay un cierto desfase, por lo que la situación de cortocircuito no se puede retroalimentar inmediatamente.

La detección de anomalías de tensión controla la situación de cortocircuito interno de la batería mediante la supervisión de la caída de tensión en el proceso de carga continua de corriente pequeña, por ejemplo, al cargar una batería de 80Ah con una corriente constante de 3A, si la caída de tensión supera los 100mV, se determina que la batería tiene un cortocircuito interno.

Detección de anomalías de capacidad: Existe una patente sobre el método de detección de cortocircuito interno: en el proceso de carga, comparando la capacidad de carga con la capacidad de referencia dentro del rango de tensión actualmente establecido, ya que cuando se produce el cortocircuito interno, una parte de la energía eléctrica se convertirá en disipación de energía térmica, por lo que la capacidad de carga durante el proceso de carga será mayor que cuando no se produce el cortocircuito interno, por lo que cuando la capacidad de carga es mayor que la capacidad de referencia, se informa del fallo de cortocircuito interno Cuando la capacidad de carga es inferior o igual a la capacidad de referencia, el estado de la batería es normal.

Resumen

El cortocircuito interno de la batería de iones de litio es muy fácil de causar el desbordamiento térmico, por lo que desde el mecanismo de la mano para captar la causa de su formación, a través de la simulación para estudiar más a fondo, por lo que a través de una variedad de medios para prevenir y detectar el cortocircuito interno de la batería de iones de litio, a fin de garantizar la seguridad de la batería de iones de litio durante el uso.