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Fuga térmica de una batería de litio provocada por la penetración de un clavo - Parte 1

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Fuga térmica de una batería de litio provocada por la penetración de un clavo - Parte 1

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En los últimos años, la crisis energética mundial y la contaminación ambiental son cada vez más graves. Como almacenamiento de energía limpia y libre de contaminación, las baterías de iones de litio se aplican gradualmente a vehículos de nueva energía, equipos de almacenamiento de energía de conversión de energía solar, equipos de comunicación móvil y otros campos. En la actualidad, los vehículos de nueva energía con baterías de iones de litio aparecen cada vez en más ciudades, pero poco a poco van saliendo a la luz algunos peligros potenciales para la seguridad. Según el informe de investigación de incendios de vehículos de nueva energía, la gran mayoría de los incendios se deben a que el calor de la batería está fuera de control. El uso inadecuado, los daños accidentales o los defectos de las baterías de iones de litio pueden provocar explosiones e incendios. Entre las muchas razones que desencadenan el desbocamiento térmico de la batería, la acupuntura es un comportamiento destructivo irreversible que provoca el daño de la batería. Cuando la batería es perforada por objetos afilados o sometida a una gran fuerza de impacto, causará daños mecánicos en la batería, romperá su estructura interna y expondrá directamente los materiales internos. Al mismo tiempo, es fácil que se produzca un cortocircuito entre los polos positivo y negativo del interior de la batería, lo que generará una gran cantidad de calor y hará que la temperatura aumente rápidamente, provocando riesgos de embalamiento térmico.

Los trabajos de investigación anteriores se centraban principalmente en el modelo térmico de acupuntura de la batería y en el experimento de acupuntura, pero en el aspecto del daño por acupuntura, la investigación existente sobre el modelo de fuga térmica por acupuntura no tenía en cuenta la aleatoriedad de la fuga térmica desencadenada por la acupuntura, y los sujetos del experimento de acupuntura eran principalmente baterías planas, pero las características antiacupuntura de las baterías planas eran buenas. Sobre la base de los trabajos de investigación existentes, se selecciona como objeto la batería cilíndrica de litio hierro fosfato, y se estudian enfáticamente los cambios de forma de la batería, el voltaje de la batería y la temperatura de la superficie de la batería en caso de desbocamiento térmico, proporcionando un valor de referencia para el uso seguro y la prevención de la acupuntura de la batería de litio hierro fosfato.

1.Mecanismo de aparición

En la batería cilíndrica de litio hierro fosfato, cada unidad de electrodos está compuesta por electrodos positivos y negativos, colector de corriente bipolar, diafragma, etc. La unidad de electrodos está sumergida en el electrolito y sellada en la carcasa de la batería, y la válvula de alivio de presión de la batería está situada cerca de la orejeta del polo positivo de la batería. Cuando se perfora la batería con una bayoneta, se perforan varias unidades de electrodos, y todas las unidades de electrodos perforadas participan en la descarga. Debido al error de la posición de punción de la batería y a la ligera desviación del proceso de fabricación de la batería, el pinchazo y la unidad de electrodo dañada producirán diferentes interfaces de contacto aleatorias, y la interfaz aleatoria a menudo afectará al efecto de descarga de la unidad de electrodo y al tamaño de la resistencia de la interfaz de contacto.

Cuando se pincha la batería, las partículas del interior de la batería migrarán. Los colectores de corriente positivo y negativo del interior de la batería equivalen a un estado de cortocircuito, y se genera instantáneamente una gran corriente desde el colector de corriente positivo al colector de corriente negativo a través de la bayoneta. El Li se desprende de la estructura de litio incrustada en el electrodo negativo y entra en el electrolito, y migra a través del diafragma hacia el electrodo positivo. Cuando se perfora la batería, la interfaz de contacto aleatoria afectará a la descarga interna de la batería.

Si el contacto entre la aguja y múltiples unidades de electrodos es bueno, habrá múltiples unidades de electrodos participando en la descarga de cortocircuito, y el calor será mayor. Si la aguja sólo entra en contacto con unas pocas unidades de electrodos, el número de unidades de electrodos que participan en la descarga es relativamente pequeño, el calor generado también será relativamente pequeño, y la reacción de fuga térmica de la batería es relativamente leve. Durante el proceso de cortocircuito interno de la batería, se generará más calor durante el proceso de descarga violenta, lo que hará que aumente la temperatura de la batería.

En general, la situación específica de la batería que sufre el cortocircuito interno de la aguja es compleja y cambiante, y es difícil medir los cambios precisos de los parámetros como la corriente de cortocircuito, la resistencia interna de la batería y la unidad de electrodo que participa en la reacción. Por lo tanto, en este trabajo se estudiarán y analizarán los cambios de tensión de la macrobatería externa y la temperatura de la superficie de la batería.

2.Cámara de prueba de penetración de clavos

El cuerpo principal de la plataforma experimental de acupuntura se basa en la máquina de pruebas de acupuntura por extrusión de batería producida por DGBELL. En la cámara de pruebas, la velocidad de la aguja se puede ajustar a 20 mm / s a través del panel de operación, y la aguja se selecciona φ 5 mm aguja de acero de tungsteno, la carrera de la aguja es de 200 mm (la batería está completamente perforado). Al mismo tiempo, el voltaje de la batería y la temperatura de la superficie de la batería se medirán en línea, y los datos recogidos se guardarán en el ordenador superior para su posterior procesamiento después de pasar la tarjeta de adquisición de datos.

La batería experimental es una batería de fosfato de hierro y litio 32650. La batería se fija mediante una abrazadera especial, que puede evitar la desviación radial de la batería durante el experimento. Se coloca la pila en la cámara de ensayo de punción con función antideflagrante, se despega la piel de plástico a una distancia de 15 mm y 45 mm del extremo negativo de la pila, y se coloca el punto de medición del termopar de parche tipo K en la superficie de la carcasa de la pila. La posición de la aguja es a 30 mm del electrodo negativo. Después de pinchar la pila, la aguja permanece dentro de la pila durante 600 segundos.

Teniendo en cuenta la aleatoriedad de la interfaz de contacto entre la aguja y la unidad de electrodo dañada después de que la aguja penetre en la batería en el experimento, se seleccionaron seis baterías 32650 de litio hierro fosfato con carga completa (SOC=1) para el experimento, y se compararon y analizaron los resultados experimentales de seis grupos de experimentos con agujas. La temperatura ambiente de cada experimento se controla a (20+2) ℃. Para evitar que el grupo de experimentos anterior afecte al grupo de experimentos siguiente, el intervalo entre los dos grupos de experimentos adyacentes es de 24 horas, y cada experimento debe sustituirse por una nueva aguja de acero de tungsteno.