{{{sourceTextContent.title}}}

Prueba de aplastamiento de una pila de litio

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Prueba de aplastamiento de una pila de litio

{{{sourceTextContent.description}}}

Con la popularización de los vehículos eléctricos de nueva energía, las cuestiones de seguridad de los vehículos eléctricos están recibiendo cada vez más atención. Entre ellos, las características de seguridad de las baterías de litio son uno de los factores clave para la seguridad de los vehículos eléctricos. Este artículo toma como objeto de investigación las baterías de litio ternarias de paquete blando y, mediante investigación experimental y de simulación, explora las características de seguridad de las baterías de litio bajo diferentes formas de cabezas de aplastamiento, diferentes posiciones de aplastamiento y diferentes condiciones iniciales de estado de carga (SOC).

Los resultados de la investigación indican que cuanto más afilada y estrecha es la forma de la cabeza de aplastamiento, antes se produce el aumento repentino de la temperatura de la batería de litio, mayor es la pérdida repentina de temperatura y mayor es el aumento de la resistencia interna. Cuanto más cerca esté la posición de aplastamiento del borde inferior de la pila de litio, más probable será que el aumento de temperatura provoque un desbordamiento térmico. Cuanto más cerca esté la posición de apriete de la oreja del polo, mayor será la pérdida de capacidad y el valor de la resistencia interna. Además, cuanto mayor sea el SOC de las baterías de litio, mayor será la probabilidad de que experimenten un desbordamiento térmico, una mayor caída de tensión, una mayor pérdida de capacidad y una mayor resistencia interna.

Para comprender mejor las características de seguridad de las baterías de litio en distintas condiciones, en este artículo también se establecen modelos de simulación térmica y de tensión para baterías de litio basados en la plataforma de software COMSOL, y se realizan simulaciones de los cambios de temperatura y tensión de las baterías de litio en distintas condiciones de aplastamiento. Los resultados de la simulación muestran que los patrones de temperatura y deformación de las baterías de litio tras el aplastamiento concuerdan bien con los experimentos reales de aplastamiento.

1 Principio de funcionamiento

Cuando se descarga una batería de litio, los electrones fluyen del electrodo negativo al positivo a través de un circuito externo, mientras que los iones de litio se mueven del electrodo negativo al positivo. Durante este proceso, los iones de litio se transfieren a través del electrolito y atraviesan el separador para llegar al electrodo positivo. Este proceso se denomina reacción de eliminación del litio.

Cuando se carga una batería de litio, los electrones fluyen del electrodo positivo al negativo a través de un circuito externo, mientras que los iones de litio se mueven del electrodo positivo al negativo. Durante este proceso, los iones de litio se transfieren a través del electrolito y atraviesan el separador para llegar al electrodo negativo. Este proceso se denomina reacción de intercalación del litio.

El desbordamiento térmico de las baterías de litio se refiere al fenómeno de sobrecalentamiento, ignición y explosión causado por el rápido cambio en la velocidad de aumento de la temperatura propia de la batería provocado por la reacción en cadena de liberación de calor de una sola célula. Este fenómeno puede deberse a cortocircuitos internos, sobrecarga, compresión, altas temperaturas y otras razones en la batería. Cuando la temperatura de la batería aumenta hasta cierto punto, la velocidad de reacción química interna de la batería se acelera, generando una gran cantidad de energía térmica, lo que provoca un rápido aumento de la temperatura de la batería y, en última instancia, el desbordamiento térmico de la batería. Durante este proceso, el electrolito del interior de la pila se descompondrá, los materiales de los electrodos positivo y negativo arderán y la pila se incendiará o explotará.

Por lo tanto, al utilizar baterías de litio, es necesario prestar atención a las cuestiones de seguridad y evitar operaciones adversas como la sobrecarga, la descarga, la compresión y las altas temperaturas para garantizar la seguridad y la estabilidad de la batería. Al mismo tiempo, durante el uso, debe comprobarse periódicamente el estado de la batería, y los problemas deben identificarse y tratarse a tiempo para evitar accidentes de seguridad.

2 Trituración de baterías de litio

Los objetos de investigación existentes incluyen principalmente las baterías de fosfato de hierro y litio de carcasa cuadrada y las baterías cilíndricas de litio 18650. Existen dos métodos principales de investigación: la investigación experimental y la investigación recta simulada. En la investigación experimental, existen tres métodos principales de carga mecánica para las baterías de litio cilíndricas: método de flexión en tres puntos, método de aplastamiento radial axial y método de aplastamiento local; los principales métodos de carga mecánica para las baterías de litio cuadradas son el método de aplastamiento local y el método de aplastamiento de placa plana. Las principales formas de las cabezas de aplastamiento son plana, esférica, semiesférica y cónica.

3 Cámara de pruebas

Cámara de pruebas de aplastamiento de baterías de litio

Capaz de proporcionar estados de aplastamiento en diferentes condiciones al tiempo que registra los cambios en las características de seguridad de la batería. Este dispositivo suele incluir un dispositivo de compresión, un sistema de adquisición de datos, un dispositivo de protección de seguridad y otros componentes. En el experimento, los investigadores utilizaron una plataforma experimental de compresión para comprimir baterías de litio con diferentes formas, fuerzas y posiciones para analizar los cambios en las características de seguridad de las baterías de litio en diversas condiciones. El sistema de recopilación de datos recogerá en tiempo real parámetros de las características de seguridad como la temperatura, el voltaje, la resistencia interna y la capacidad de las baterías de litio para ayudar a los investigadores a comprender los cambios que se producen en las baterías de litio durante el proceso de aplastamiento. El dispositivo de protección de seguridad se utiliza para proteger la seguridad del personal y los equipos durante el proceso experimental.

Sistema de adquisición de parámetros

El sistema de adquisición incluye un sistema de adquisición de temperatura, un sistema de adquisición de tensión, un sistema de adquisición de resistencia y un sistema de adquisición de la capacidad de la batería. Entre ellos, el sistema de adquisición de temperatura utiliza termopares de tipo K y un módulo de adquisición de datos de temperatura de 8 canales para transmitir datos al ordenador superior a través de RS485 a USB. El sistema de adquisición de tensión utiliza un transformador de tensión para la transformación de la señal y transmite los datos al ordenador superior a través de RS485 a USB; el sistema de adquisición de resistencia utiliza el método de división de tensión de resistencia para la transformación de la señal y transmite los datos al ordenador superior a través de RS485 a USB; el sistema de recopilación de la capacidad de la batería utiliza un comprobador de capacidad de batería de potasio para realizar las pruebas y transmite los resultados de las pruebas al ordenador superior. Todo el sistema de recopilación logra la recopilación y transmisión de datos a través de un módulo de recopilación de datos y, en última instancia, los muestra y analiza en el ordenador superior.

4 Conclusión

Diferentes SOC iniciales aplastan los resultados experimentales:

(1) El efecto de diferente SOC inicial sobre la apariencia de las baterías de litio no es significativo.

(2) Los parámetros característicos de seguridad de las baterías de litio con diferente SOC inicial varían tras el aplastamiento.

(3) La batería de litio con un SOC del 100% tiene un grosor mayor en el punto de aplastamiento.

Resultados experimentales de aplastamiento con diferentes formas de cabezas de aplastamiento:

(1) El cabezal de aplastamiento en ángulo recto produce un área de aplastamiento mayor para las baterías de litio, y la posición de aplastamiento es relativamente estrecha.

(2) El cabezal de aplastamiento cilíndrico produce un área de aplastamiento menor para las baterías de litio, y la posición de aplastamiento es relativamente roma.

(3) En las mismas condiciones iniciales de SOC y posición de aplastamiento, las características de seguridad de las baterías de litio con dos formas diferentes de cabezal de aplastamiento son las siguientes:

La influencia de los números varía.