Análisis de las pruebas de seguridad y estabilidad de las baterías de iones de litio - Parte 2

Análisis de las pruebas de seguridad y estabilidad de las baterías de iones de litio - Parte 2

1.3 Prueba de sobrecarga

La sobrecarga de la batería individual se detendrá después de 1 I1 (A) de corriente de carga constante hasta que la tensión alcance 15 veces la tensión de terminación de carga especificada en las condiciones técnicas de la empresa o el tiempo de carga alcance 1h. Observe durante 1h. Durante este proceso, la batería no debe explotar ni incendiarse. La sobrecarga de la batería del módulo también es para detener la carga después de 1 I1 (A) de carga de corriente constante hasta que el voltaje de cualquier batería alcance 15 veces el voltaje de terminación de carga especificado en las condiciones técnicas de la empresa o el tiempo de carga alcance 1h, y observar durante 1h. Durante este proceso, la batería no debe explotar ni incendiarse.

En la etapa inicial de la prueba de sobrecarga, la capa metaestable de la película límite de electrolito sólido (SEI) formada en la superficie del electrodo negativo de carbono primera reacción de descomposición exotérmica. Si se sigue cargando, la tensión de la batería sigue aumentando y la temperatura de la batería sigue subiendo. Además de la reacción entre los electrodos positivo y negativo y el electrolito descrita en el presente documento, la alta tensión también provocará la descomposición del electrolito. Por lo tanto, se generará una gran cantidad de gas dentro de la batería, y ésta se hinchará seriamente (como se muestra en la Figura 1). Continúe cargando. Bajo la acción de la alta temperatura y la alta presión, una gran cantidad de gas se pulveriza desde el interior de la batería para formar un humo espeso, como se muestra en la Figura 2. Cuando esto ocurre, el carbonato lineal del electrolito se inflamará por la alta temperatura después de decenas de segundos, provocando un incendio o incluso una explosión, como se muestra en la Figura 3.

Otro tipo de incendio de baterías puede producirse durante la prueba de cortocircuito de módulos en la que se conectan varias baterías en paralelo y luego se conectan en serie. Cuando la batería se deforma gravemente debido a la producción e inflado de gas, los terminales positivo y negativo del exterior de la batería entran en contacto entre sí bajo la acción de la pieza de conexión, lo que provoca un cortocircuito y un incendio, como se muestra en la figura 4.

1.4 Prueba de aplastamiento

El aplastamiento del monómero será un medio cilindro con un radio de 75 mm (la longitud del medio cilindro es mayor que el tamaño de la pila extruida). La dirección del aplastamiento será perpendicular a la dirección de la placa de la pila. Presione la batería a la velocidad de (5 ± 1) mm / s para detener después de una de las siguientes condiciones: la tensión alcanza 0V o la deformación alcanza el 30% o la fuerza de aplastamiento alcanza 200kn, y observar durante 1h. En este proyecto, la batería no debe explotar ni incendiarse. La placa de aplastamiento utilizada para el aplastamiento del módulo es similar al aplastamiento simple. La dirección de aplastamiento es la misma que la dirección en la que es más probable que se aplaste el módulo de la batería en la disposición de todo el vehículo (si no se dispone de la dirección en la que es más probable que se aplaste, aplique presión perpendicular a la dirección de disposición de la batería simple). Cuando la deformación del módulo de la batería alcance el 30% a (5 ± 1) mm / s o la fuerza de aplastamiento alcance un determinado valor, detenga el Keep durante 10min y observe durante 1h. Durante este proceso, el módulo de batería no debe explotar ni incendiarse.

Hay dos situaciones en las que el aplastamiento hace que la batería pierda el control del calor: la presión de aplastamiento deforma la batería y el diafragma interno se rompe. La reacción causada por el contacto de las placas positiva y negativa de la pila es similar a la de la prueba de acupuntura, lo que provoca el incendio y la explosión de la pila, como se muestra en la figura 5; El segundo caso es similar a la prueba de cortocircuito. Después de que la batería se deforme, las lengüetas positiva y negativa entran en contacto para formar el fenómeno de cortocircuito externo de la batería, y finalmente se produce el incendio y la explosión, como se muestra en la figura 6.

2.Prueba de seguridad en GB /T314673-2015

GB / T314673-2015 estándar está dirigido a los requisitos de seguridad y métodos de prueba de los paquetes de baterías de iones de litio y sistemas para vehículos eléctricos. Hay 16 elementos de prueba de seguridad. La prueba de seguridad de rendimiento eléctrico (protección contra sobredescarga, protección contra sobrecarga, protección contra cortocircuitos y protección contra sobretemperatura) de la batería y el sistema son todas las pruebas de protección. Es decir, si el pack de baterías o el sistema cuenta con acciones de protección como la desconexión de relés y la fusión de fusibles durante la prueba, la prueba se supera y, por lo general, no se producirá desbocamiento térmico. En general, la proporción de desbordamiento térmico del pack o sistema de baterías de iones de litio es pequeña, y se concentra principalmente en el proceso de prueba de vibración y aplastamiento.

2.1 Prueba de vibración

Instale el objeto de ensayo en la mesa de vibración. La prueba de vibración se realiza en tres direcciones, empezando por el eje z, luego el eje Y y por último el eje x. Para los objetos de prueba instalados en otras ubicaciones, el tiempo de prueba en cada dirección es de 21h. Durante la prueba, supervise el estado de la unidad de monitorización más pequeña dentro del objeto de prueba, como la tensión y la temperatura. Después de la prueba de vibración, observe durante 2 horas que el paquete de baterías no presente fugas, rotura de la carcasa, incendio o explosión. La resistencia de aislamiento después de la prueba no será inferior a 100 Ω/V.

En el proceso de vibración a largo plazo, es fácil que la lámina aislante de la batería del módulo se caiga o se desgaste, y que los contactos o contactos de los terminales positivo y negativo con la carcasa del pack de baterías formen un cortocircuito, lo que provoca el desbordamiento térmico de la batería, como se muestra en la Figura 7. Al mismo tiempo, durante el proceso de vibración, también se observa que la parte de conexión de la batería genera una fuerte tensión, y es fácil que se arranque en la oreja del polo con una fuerte conexión brillante en estado estático, como se muestra en la figura 8.

La norma de vibración de GB / T314673-2015 es demasiado estricta en comparación con otras normas, y muchos paquetes de baterías tendrán desbocamiento térmico durante la prueba de vibración. En la enmienda No. 1, el estándar de vibración se cambia a 15 minutos de vibración de onda sinusoidal del paquete o sistema de baterías, y la frecuencia de vibración aumenta de 7Hz a 50Hz y luego vuelve a 7Hz. Este ciclo se repetirá 12 veces en 3 horas en la dirección vertical de la posición de instalación del pack o sistema de baterías especificada por el fabricante. Ejecutar 1 ciclo estándar después de la vibración. Después de la prueba, observar durante 1h bajo la temperatura ambiente de la prueba. Requisitos: el pack o sistema de baterías deberá estar conectado de forma fiable y la estructura deberá estar intacta. El paquete o sistema de baterías no deberá tener fugas, rotura de la carcasa, incendio o explosión; La resistencia de aislamiento después de la prueba no deberá ser inferior a 100 Ω/V. Después de la aplicación de la orden de modificación, rara vez se produce el desbordamiento térmico del paquete de baterías. La norma de prueba de vibración del paquete de baterías se formulará de acuerdo con el espectro vial del vehículo eléctrico que circula por la carretera general. Es inadecuado ser demasiado estricto o demasiado laxo. Por lo tanto, el objetivo actual es formular y aplicar la norma de vibración del paquete de baterías con parámetros correctos y pasos perfectos lo antes posible.

2.2 Prueba de aplastamiento del pack de baterías

El aplastamiento del pack de baterías adopta un medio cilindro con un radio de 75mm. La longitud del medio cilindro es mayor que la altura del objeto de prueba, pero no más de 1m. Detener el aplastamiento cuando la fuerza de aplastamiento alcanza 200kn o la deformación de aplastamiento alcanza el 30% del tamaño total en la dirección de aplastamiento. Mantener durante 10min y observar durante 1h. El paquete de baterías deberá estar libre de ignición, explosión y otros fenómenos.

Durante la prueba de aplastamiento del pack de baterías, se observa que el pack de baterías que pasa la prueba de aplastamiento generalmente detiene la prueba después de que la fuerza de aplastamiento alcanza 200kn. Si la resistencia de la carcasa del pack de baterías no es suficiente y la deformación del pack de baterías alcanza el 30%, generalmente se producirá un incendio (como se muestra en la Figura 9). Porque después de que el pack de baterías se deforme, la deformación de algunas baterías dentro del pack de baterías superará incluso el 80%. En este caso, el monómero o módulo del interior del pack de baterías quedará térmicamente fuera de control.

En la enmienda nº 1, la fuerza de aplastamiento de la cabeza de aplastamiento pasa de 200 kn a 100 kn, y las demás normas permanecen inalteradas. En el funcionamiento real de todo el vehículo, la fuerza de aplastamiento después de la colisión no es segura, y la deformación de la batería puede ser muy grande. Por lo tanto, muchos vehículos eléctricos se incendiarán en caso de accidente por colisión.

3.Conclusión

En las baterías de iones de litio se producen una serie de reacciones por causas individuales o en condiciones de uso indebido y abuso, que dan lugar a fugas térmicas e incendios y explosiones de las baterías. Unos parámetros correctos y unas normas de ensayo normalizadas son medios importantes para verificar la seguridad de las baterías. En este documento se presentan varias pruebas representativas en las que las celdas, los módulos, los paquetes y los sistemas de baterías son propensos al desbordamiento térmico, y se analizan las causas y el mecanismo del desbordamiento térmico. En la actualidad, la batería de iones de litio no es perfecta, y el problema de la seguridad es el principal problema que limita la industria de las nuevas energías. Sin embargo, con la popularización y aplicación de materiales de alta seguridad para baterías de iones de litio, la madurez de la tecnología de gestión de baterías y la mejora de las normas de inspección, las baterías de iones de litio desempeñarán un gran papel en el futuro.