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Acerca de la prueba de cortocircuito interno de la batería

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Acerca de la prueba de cortocircuito interno de la batería

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La batería de iones de litio de potencia tiene las ventajas de una alta densidad energética, una larga vida útil, una alta tensión nominal, una alta capacidad de carga y una baja eficiencia de autodescarga, y se ha convertido en la batería de potencia ideal para vehículos eléctricos híbridos y vehículos eléctricos puros. Sin embargo, el problema de seguridad de la batería de iones de litio se ha convertido en el principal factor que impide su uso generalizado en el campo de la energía.

Con el aumento del número de vehículos eléctricos, sus problemas de seguridad son cada vez más prominentes, y los problemas de seguridad de los vehículos eléctricos provienen principalmente de su sistema de alimentación: las baterías de iones de litio. El problema de seguridad de las baterías de iones de litio se debe principalmente a los incendios y explosiones provocados por la fuga térmica, y una de las razones de la fuga térmica es el cortocircuito en el interior de la batería.

En la actualidad, la investigación sobre el desbordamiento térmico de las baterías de iones de litio se centra principalmente en el análisis de modelos y el análisis experimental de un tipo de batería. En este documento se adoptan diferentes métodos para la batería 18650 y la batería cuadrada para simular el desbordamiento térmico causado por un cortocircuito en la celda del módulo de la batería, y explorar el método adecuado para la verificación del desbordamiento térmico del módulo de la batería de potencia.

1.Cortocircuito en la unidad

En general, el riesgo de cortocircuito interno en la prueba de abuso es el mayor.

Cuando la batería tiene un cortocircuito interno, la temperatura interna aumenta. La alta temperatura inducirá una serie de reacciones exotérmicas de los materiales de la batería, y el calor generado por la reacción aumentará aún más la temperatura interna de la batería e intensificará la velocidad de reacción exotérmica. Finalmente, la reacción exotérmica y la alta temperatura se afectan mutuamente, presentando un estado de fuga, es decir, de fuga térmica, que provoca accidentes de seguridad como la combustión y la explosión de las baterías de iones de litio. En la actualidad, el cortocircuito interno de la batería se debe principalmente a las dos razones siguientes: los defectos del primer diafragma, la contaminación de las materias primas o los residuos de objetos extraños se deterioran y amplifican continuamente durante el transporte y el uso de la batería.

En esta fase, ni siquiera el fabricante de baterías con el mejor control de calidad puede evitar por completo las impurezas metálicas o rebabas generadas en el proceso de producción: el uso de la segunda batería supera el rango aplicable de corriente, tensión y temperatura especificado por el fabricante. Un método de comprobación del cortocircuito interno ampliamente aceptado en la industria debería tener las siguientes características:

(1) Puede adaptarse al cambio de estructura y forma de la batería (puede utilizarse una batería cilíndrica o cuadrada

(2) Los resultados de la prueba deben poder compararse con los de otras variables.

Los distintos cortocircuitos internos pueden clasificarse en las cuatro categorías siguientes: polo negativo a polo positivo, polo negativo a lámina de aluminio, lámina de cobre a lámina de aluminio y lámina de cobre a polo positivo

2.Introducción al método de cortocircuito en una sola pila

En este documento, se utilizan la batería tipo 18650 y la batería cuadrada con el mismo material positivo para la simulación de la prueba. El método de activación del cortocircuito en la batería de prueba es el calentamiento del cable de resistencia y la penetración del clavo.

(1) Calentamiento por resistencia

El método de calentamiento por hilo de resistencia se utilizó para simular el desbordamiento térmico de la batería de iones de litio causado por el cambio drástico de la temperatura ambiente. El diafragma de la batería se compone de un diafragma de tres capas PP/PE/PP, en el que el punto de fusión del PP es de 165 ℃ y el del PE es de 135 ℃. Al enrollar el cable de resistencia en la superficie de la batería de iones de litio para calentarla, se genera rápidamente una gran cantidad de calor, lo que hace que el diafragma se deforme y se contraiga, y que los polos positivo y negativo se conecten, provocando un cortocircuito en la batería y, finalmente, haciendo que la batería pierda el control del calor.

(2) Penetración del clavo

El desbordamiento térmico de la batería de iones de litio se produce por la penetración de la aguja de acero en la batería de iones de litio para simular las materias extrañas metálicas dentro de la batería. Una vez que la aguja de acero penetra en la batería, se conecta a los electrodos positivo y negativo como conductor metálico, lo que provoca un cortocircuito interno de la batería. La posición de cortocircuito generará una gran corriente y generará rápidamente mucho calor, lo que finalmente provocará el desbordamiento térmico de la batería.

3.Método de verificación del desbordamiento térmico de un módulo de batería de potencia

(1) Calentamiento del cable de resistencia

batería 18650

En la prueba se utilizó una batería 18650. El cable de resistencia con una cierta resistencia interna se enrolla en la superficie de la batería a través del cálculo, y un sensor de temperatura está dispuesto fuera de la carcasa de la batería, y luego la batería está dispuesta en el centro del módulo de la batería. La batería adyacente también se dispone con el mismo sensor de temperatura. Una vez montadas las baterías en módulos en paralelo, utilice el método de carga especificado por el fabricante para cargar las baterías a plena carga. Conecte el cable de resistencia a la fuente de alimentación externa, y conecte el sensor de temperatura al detector de patrulla de temperatura; Registre el estado inicial del módulo de batería (tensión, temperatura, etc.), continúe calentando la batería hasta que falle, desconecte la fuente de alimentación externa, y observe si el módulo está fuera de control debido al calor.

Célula prismática

En esta prueba se utiliza una pila cuadrada. Envuelva la superficie de la pila con el mismo cable de resistencia y coloque sensores de temperatura en la superficie de la pila que se va a calentar y en las superficies adyacentes de la pila. Después de que la batería forme un módulo, cárguelo hasta la carga completa según el método de carga especificado por el fabricante. El método de calentamiento y el registro de temperatura son los mismos que en las pruebas anteriores. Siga calentando la batería hasta que falle. Desconecte la fuente de alimentación externa y observe si el módulo de batería cuadrado está fuera de control.

(2) Penetración del clavo

batería 118650

En la prueba se utilizó una batería 18650. Seleccione la ubicación de la batería de la aguja para disponer los sensores de temperatura en la superficie de esta batería y de las baterías adyacentes. Después de ensamblar las baterías en módulos en paralelo, utilice el método de carga especificado por el fabricante para cargar las baterías hasta la carga completa. Fije el módulo en el soporte de la aguja y conecte el instrumento de control de temperatura. Utilice una aguja de acero de 1 mm de diámetro para pinchar la batería a una velocidad de 1 mm/s hasta que se incendie, y observe si el módulo está fuera de control debido al calor.

Célula prismática

En la prueba se utiliza una batería cuadrada. Seleccione la ubicación de la batería perforada con aguja, disponga sensores de temperatura en las superficies adyacentes de la batería y cargue completamente la batería según el método de carga especificado por el fabricante después de que la batería forme un módulo. Utilice una aguja de acero de 1 mm de diámetro para perforar la batería a una velocidad de 1 mm/s hasta que se incendie, y observe si el módulo se descontrola debido al calor.

4.Conclusión

Al realizar pruebas de calentamiento y punción con alambre de resistencia en la batería 18650 y la batería cuadrada, se produjo un cortocircuito en la batería del módulo, y se simuló que la batería del módulo estaba fuera de control térmico. Se estudió el método de verificación adecuado para el descontrol térmico y se extrajeron las siguientes conclusiones:

(1)Al comparar las pruebas de penetración de clavos y de calentamiento del alambre de cationes, descubrimos que para el mismo tipo de batería, el cortocircuito interno provocado por el calentamiento del alambre de resistencia hace que la temperatura de la batería aumente más, lo que creemos que está causado por el calor introducido por el calentamiento del alambre de resistencia;

(2) Durante el proceso de calentamiento del cable de resistencia, éste aportará mucho calor a la batería adyacente. Si la separación entre módulos es pequeña, es muy probable que la batería calentada y la batería adyacente se descontrolen, lo que provocará el fallo de la simulación de prueba. Por lo tanto, creemos que el método de penetración de clavos es más adecuado para la verificación de seguridad de 18.650 batería y módulo de batería cuadrada fuera de control de calor;

(3) Cuando la válvula de seguridad de alivio de presión se cortocircuita en la batería, puede reducir la presión interna y la temperatura de la batería, evitar que la batería de desbocamiento térmico, y desempeñar un papel de protección;

(4) El incendio causado por la pulverización de electrolito a alta velocidad no es la causa principal del aumento de temperatura y el fallo de las baterías adyacentes.