Prueba de embalamiento térmico de baterías de iones de litio - Parte 1

Prueba de embalamiento térmico de baterías de iones de litio - Parte 1

Basándose en el experimento de las características del incendio por fuga térmica de las baterías de litio, se resumieron las características de la fuga térmica de los iones de litio 18650 con cantidades de carga del 20%, 30%, 50%, 70% y 100%, incluyendo la propagación de la fuga térmica, la tasa de liberación de calor, la temperatura, la pérdida de masa y el gas liberado. Analizar las características de riesgo de fuga térmica de las baterías de litio en la cabina del piloto, la cabina y la bodega de carga, así como la capacidad de los sistemas internos de extinción de incendios y ventilación y otras instalaciones para resistir los incendios de baterías de litio. Introducir el experimento de fuga térmica en un entorno de vuelo simulado cambiante, proporcionando una referencia para el desarrollo de experimentos a gran escala relacionados con las baterías de litio.

Las baterías experimentan un embalamiento térmico debido al calentamiento, cortocircuitos o colisiones de fuerzas externas, que no sólo libera violentamente una gran cantidad de gas y calor, sino que también se propaga fácilmente de una batería a las baterías adyacentes. Aunque el fenómeno del desbordamiento térmico varía en función del tipo de pila, puede resumirse en cuatro etapas: en primer lugar, el gas sale alternativamente por los pequeños orificios (el envoltorio exterior se quema para formar pequeños orificios), después las sustancias internas salen por los pequeños orificios existentes en el extremo positivo, a continuación se expulsan las sustancias internas y, por último, se expulsan todas las sustancias internas. En posición vertical, las explosiones tienden a producirse en dirección horizontal, y los gases y electrolitos son expulsados en dirección vertical. Las sustancias expulsadas son principalmente cobre, grafito y aluminio.

1 Influencia de la cantidad de carga en las características de la fuga térmica

En cuanto al estudio del efecto del estado de carga (SOC) en las características de fuga térmica de las baterías de iones de litio, los investigadores han descubierto que la temperatura de autoignición de la batería de níquel cobalto 18650 es de unos 10 ℃. La estabilidad térmica de las baterías de iones de litio disminuye con el aumento del SOC, y se verifica el efecto dominó en cadena de la propagación del desbocamiento térmico.

A medida que aumenta el SOC de la batería, la temperatura inicial de fuga térmica disminuye gradualmente, mientras que la temperatura final de fuga térmica primero aumenta y luego disminuye, y la pérdida de masa aumenta gradualmente. Cuando el SOC es del 0%, el contenido de CO en el gas generado es el más alto, y la toxicidad del humo es la más fuerte; al 50%, se genera la máxima cantidad de gas de combustión, pero el contenido de CO es relativamente bajo, y las características de la combustión del chorro de la batería de iones de litio son las más evidentes

1.1 Transmisión de fuga térmica

las baterías de iones de litio 18650 con SOC del 20%, 30%, 50%, 70% y 100% se dividen en 5 grupos, cada uno de los cuales consta de 4 baterías y 1 calentador cilíndrico de 100W. Se descubrió que cuando el SOC era del 50%, las cuatro baterías experimentaban desbocamiento térmico, con temperaturas que alcanzaban más de 700 ℃; Cuando el SOC es del 40%, dos baterías experimentan desbocamiento térmico; Cuando el SOC es del 30%, 70% y 100%, sólo una batería pierde el control térmico.

1.2 Tasa máxima de liberación de calor

En el experimento sobre la influencia del desbordamiento térmico, el sistema se dividió en 5 grupos basados en valores de SOC del 20%, 30%, 50%, 70% y 100%. El sistema se calentó con alcohol y los cambios en el calor del sistema se registraron utilizando un calorímetro de cono. La tasa máxima de liberación de calor (PHRR) se determinó mediante la relación entre los cambios en el SOC y la tasa máxima de liberación de calor (PHRR). Los resultados muestran que la PHRR aumenta con el incremento del SOC, con una PHRR media del 50% y una PHRR mínima del 20%. Cuando se produce el desbordamiento térmico, el valor máximo de PHRR aparece en torno al 50% de SOC, que es también el más propenso a la propagación del desbordamiento térmico entre baterías y supone el mayor peligro

1.3 Temperatura

Exploración de la relación entre la temperatura y los cambios de SOC en las baterías de iones de litio 18650 durante las diferentes etapas del desbocamiento térmico mediante experimentos de medición de la temperatura. El experimento encontró que la temperatura T durante la primera liberación de gas debido a runaway térmico era independiente de SOC y se mantuvo alrededor de 200 ℃; La temperatura T2 durante la segunda liberación de gas también es independiente de SOC, aproximadamente 260 ℃. La temperatura más alta T MAX durante todo el proceso de runaway térmico aumenta con el aumento de SOC. Al 0%, la temperatura máxima es de aproximadamente 600 ℃, y al 100%, la temperatura máxima supera los 1000 ℃.

1.4 Pérdida de calidad

Exploración de la pérdida de masa durante el proceso de runaway térmico en el experimento de pérdida de masa por runaway térmico. Después de la primera liberación de gas, la pérdida de masa es de unos 2-3g, y después de la segunda liberación de gas, la pérdida de masa es de unos 17g. La duración total de las dos liberaciones es de unos 2 s. Al explorar la relación entre la ley de variación de la pérdida de masa por embalamiento térmico y el SOC, se descubrió que la masa m después de la primera liberación de gas por embalamiento térmico no cambia con la variación del SOC, y la pérdida de masa durante esta etapa es un valor constante; La masa m2 después de la segunda liberación de gas disminuye con el aumento del SOC. La pérdida de masa de la batería durante todo el proceso de embalamiento térmico muestra una tendencia creciente con el aumento del SOC. Con el mismo SOC, la pérdida de masa por embalamiento térmico es una función lineal de la capacidad de almacenamiento. Cuanto mayor sea la capacidad de almacenamiento, mayor será la pérdida de masa por fuga térmica.

1.5 Liberación de gas

En el experimento de riesgo de liberación de gas, se colocaron 400 baterías de iones de litio 18650 con un SOC del 50% en una cámara de presión de 10 metros cuadrados para experimentar el desbocamiento térmico. La presión medida mostró que la presión máxima que podían generar era de 193,1 kPa. Cuando una sola batería pierde su control térmico, pueden liberarse aproximadamente 6L de gas inflamable en 3s, y se obtiene la cantidad total de gas liberado y la ley de cada componente que aumenta con el incremento del SOC.

La composición del gas puede variar en función del tipo de batería. Realizar experimentos de pruebas de presión en la bodega de carga 737. Medir la presión generada por la ignición del gas liberado por el desbordamiento térmico de la batería de litio en la bodega de carga del 737 en un estado ambiental real del 70% de la capacidad de carga. Los resultados indican que cuando se enciende el gas liberado por el desbordamiento térmico de baterías de iones de litio 18650 con 8 SOC del 50% o 3 SOC del 100%, el humo de las llamas y la presión generada harán que falle el sistema de extinción de incendios de la bodega de carga.