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Análisis de la prueba de seguridad y estabilidad de las baterías de iones de litio-Parte 1

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Análisis de la prueba de seguridad y estabilidad de las baterías de iones de litio-Parte 1

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Con el continuo avance de la tecnología energética, el uso de vehículos eléctricos se ha convertido en una solución viable para los problemas medioambientales. En comparación con otros tipos de baterías, las de iones de litio tienen las ventajas de una alta densidad energética, un ciclo de vida largo, un uso y un mantenimiento sencillos, etc., y se han convertido en la primera opción para las baterías de los vehículos eléctricos. Sin embargo, el peligro potencial de accidente de las baterías de iones de litio pondrá en peligro la seguridad de la vida y la propiedad de las personas, y se desalentará la confianza de los consumidores en la aceptación de los vehículos eléctricos. Las baterías de iones de litio son generalmente seguras en condiciones normales de uso, pero en el caso de defectos individuales en el proceso de producción, y el mal uso o las condiciones de abuso, como la alta temperatura, el cortocircuito, la sobrecarga y la descarga, la vibración, la extrusión y el impacto, etc. en el uso de la batería se producirá una reacción térmica para producir una gran cantidad de calor, si no se puede difundir a tiempo causará el desbordamiento térmico, lo que puede hacer que la batería se incendie y explote. De enero a julio de 2018, hubo muchos accidentes de seguridad de vehículos eléctricos en el país y en el extranjero debido a las baterías de iones de litio.

Con el fin de evaluar la seguridad de las baterías de iones de litio, se han propuesto una serie de normas de prueba de seguridad en el país y en el extranjero, como ISO12405-3 IEC62133UL1642UN383. En este documento, en combinación con la actual norma nacional de baterías para vehículos eléctricos GB/T314852015 y la norma de baterías GB/T31467.3-2015, se analizan y discuten varias situaciones propensas al desbordamiento térmico de las baterías.

1.1 Prueba de penetración de clavos

La prueba de penetración de clavos utiliza una aguja de acero resistente a altas temperaturas ф5mm ~ ф8mm (el ángulo del cono de la punta de la aguja es de 45 ° ~ 60 ° la superficie de la aguja es lisa y libre de óxido capa y aceite) a una velocidad de (25±5) mm/s de la dirección de la placa de la batería a través de la posición del centro geométrico de la aguja de acero cerca de la superficie de perforación para permanecer en la batería para la observación durante 1h. Durante este proceso, la batería no debe explotar ni incendiarse. La prueba de perforación de la aguja modular utiliza una aguja de acero ligeramente más gruesa a la misma velocidad, desde la dirección perpendicular a la placa de la batería a su vez a través de al menos 3 baterías individuales (agujas de acero permanecen en la batería) observación durante 1h. Durante este proceso, el módulo de la batería no debe explotar o encenderse.

Después de que la aguja de acero atraviese el separador de la batería, las placas de los polos positivo y negativo de la batería forman un bucle con la aguja de acero, provocando un cortocircuito en el interior de la batería que genera un gran número de puntos calientes. Cuando la temperatura alcanza los 130 °C, el diafragma general comienza a encogerse y a fundirse, lo que provoca una mayor superficie de contacto entre los electrodos positivo y negativo de la batería, formando además un fenómeno de cortocircuito interno. Cuando la batería está a plena potencia, los polos positivo y negativo están en un estado metaestable Cuando la temperatura supera los 180 ° C, los polos positivo y negativo tendrán una fuerte reacción exotérmica con el electrolito y producirán una gran cantidad de gas (incluyendo una gran cantidad de gas orgánico combustible y una pequeña cantidad de oxígeno). Cuando la temperatura se eleva a más de 240 ° C, el aglutinante que contiene flúor comienza a reaccionar violentamente con el carbono de litio para liberar una gran cantidad de calor El punto de inflamación del carbonato lineal en el electrolito caliente es bajo y fácil de producir una llama abierta En la mayoría de los casos, la aguja de acero perfora el agujero de la batería y es fácil de rociar combustibles a altas temperaturas para encender en el aire para formar un fenómeno de escupir (como se muestra en la Figura 1). Al hacer la prueba de pinchazo de la aguja de la batería del módulo, el voltaje de la batería del módulo es más alto, el pinchazo de la aguja provoca el cortocircuito interno cuando la corriente instantánea es más grande, y es más probable que ocurra cuando el escape térmico de la batería se enciende y explota.

La plataforma de voltaje de la batería de iones de litio del sistema de material ternario es mayor que la de la batería de iones de litio del sistema de iones de litio del sistema de iones de litio, y la tasa de aprobación es muy baja cuando se realiza la prueba de punción. El 30 de diciembre de 2016, los cuatro ministerios y comisiones del Estado emitieron el "Esquema de subvenciones para la promoción de los vehículos de nueva energía y los requisitos técnicos de los productos", que estipula que no se aplicará la prueba de acupuntura en los métodos de seguridad y prueba de las baterías de potencia para vehículos eléctricos (número de norma GB/T31485-2015628638). El grupo de redacción cree que la prueba de acupuntura no es coherente con el modo de fallo real en las normas extranjeras IEC62660-2 y IEC62660-3 y no utiliza la prueba de acupuntura para evaluar la seguridad de la batería En la actualidad, la forma de ajustar los parámetros de la prueba de acupuntura es difícil de replicar completamente el uso real de las condiciones de fallo. Sin embargo, todos los tipos de requisitos de prueba son difíciles de replicar completamente la prueba real de las condiciones de fallo, que sólo refleja indirectamente algunos modos de fallo típicos extraídos del modo de fallo. En las aplicaciones prácticas, debe existir la posibilidad de que un cuerpo extraño penetre en la batería y provoque un cortocircuito en la misma. Además de las dos normas de iec, SAEJ2464 y UL2580, los requisitos para la acupuntura también están claramente establecidos. En estos aspectos, los requisitos de las normas nacionales son reducidos. Hoy en día, el mercado de vehículos eléctricos puros en la densidad de energía de la batería es cada vez mayor, y el grado de peligro de fallo de la batería en condiciones de prueba también está en aumento.

1.2 Prueba de cortocircuito

El requisito del cortocircuito simple es que los polos positivo y negativo de la batería simple deben ser menos de 5mΩ de observación durante 1h a través del cortocircuito externo durante 10min. Durante este proceso, la batería no debe explotar y no encender. El cortocircuito del módulo necesita ser el módulo de la batería a través del cortocircuito externo para 10min La resistencia de la línea externa debe ser menos de 5mΩ observación durante 1h. Durante este proceso, el módulo de la batería no debe explotar y no encender.

Tomando como ejemplo la prueba de cortocircuito del módulo de batería de material ternario de 60Ah, el voltaje de la batería del módulo completamente cargado es de 204V y la resistencia de cortocircuito es de 3m2 Durante la prueba, se encuentra que la corriente de descarga continua de la batería con una corriente máxima transitoria de 3293A durante el proceso de cortocircuito es de aproximadamente 3000A

La gran corriente generada durante el proceso de cortocircuito hará que la temperatura de la batería generada dentro de la batería de iones de litio aumente rápidamente. Bajo la acción de la alta temperatura, se producirá en el interior de la batería la reacción exotérmica y la reacción de producción de gas entre los materiales de los electrodos positivo y negativo y el electrolito aquí descrito. El electrolito vaporizado y otros gases combustibles estallarán a través de la carcasa de la batería y se extenderán en el aire como se muestra en la Figura 3, mientras que la alta temperatura encenderá el carbonato lineal con un punto de inflamación más bajo para formar un fenómeno de incendio en la batería que se muestra en la Figura 4.

Otra posibilidad es un incendio fuera de la batería causado por un cortocircuito. La temperatura de la batería sigue aumentando durante el cortocircuito, y la alta temperatura encenderá los cables de soporte inflamables en el exterior de la batería o la piel protectora de la batería no retardante de la llama, como se muestra en la Figura 5.