Prueba de cortocircuito interno de la batería de iones de litio

Prueba de cortocircuito interno de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio son ampliamente utilizados en diversos campos, tales como dispositivos móviles, almacenamiento de energía y vehículos de nueva energía con sus ventajas de la vida de ciclo de alta que la energía, pero en comparación con otros tipos de baterías, su seguridad es el principal problema que necesita ser resuelto. Las baterías de iones de litio producen problemas de seguridad principalmente a través de la generación de calor, y, finalmente, la forma de realización de fuga térmica y las razones para la formación de fuga térmica son principalmente cortocircuito, fallo de conexión, hornear a alta temperatura, la inmersión en agua, etc, de los cuales el cortocircuito es la causa más común de fuga térmica cortocircuito se divide en cortocircuito externo y cortocircuito interno, cortocircuito externo puede ser controlado a través de la protección de los componentes auxiliares y la optimización de la estrategia, mientras que el cortocircuito interno es difícil de controlar eficazmente. En este artículo, el estudio sistemático del método de simulación del principio de cortocircuito interno y las medidas preventivas de detección permitirán comprender mejor el método de control de los problemas de seguridad de las baterías y servirán de referencia para una aplicación más amplia de las baterías de iones de litio.

Método de ensayo de simulación de cortocircuito

Las pruebas de penetración de clavos, extrusión, caída, impacto fuerte y otras son los métodos de prueba de simulación de cortocircuito más comunes en la norma, como QC/T743-2006, SAND2005-3123, UL2580-2011, SAE2464 y otras normas.

Con el fin de simular mejor el efecto de cortocircuito, los diversos métodos de prueba están condicionalmente restringidos en la norma. Los ensayos de acupuntura especifican la velocidad de punción de la aguja (QC/T743-2006 requiere 10~40mm/s, otras normas requieren 80mm/s) el diámetro de la aguja (generalmente 3~8 mm); El experimento de extrusión especifica la cantidad de deformación de la presión de extrusión (100 kN o 1000 veces la masa de la muestra) (generalmente el 50% de la deformación) y la forma del disco de extrusión (placa de extrusión de 30 mm con un radio de 75 mm); El ensayo de caída especifica las condiciones de la altura de caída (1 a 2 m) y la superficie de contacto (suelo horizontal duro o no plano) en el momento de la caída.

El método experimental de cortocircuito simulado también incluye el experimento de calentamiento de sobrecarga ilimitada con resistencia equivalente en paralelo. La sobrecarga ilimitada consiste en cargar la batería de prueba completamente cargada con una corriente constante hasta que la tensión descienda a 0 V o se produzca una explosión por combustión es pequeña: el experimento de calentamiento consiste en calentar la muestra experimental, la temperatura de calentamiento se determina mediante la resistencia térmica del diafragma, y la contracción del diafragma tras el calentamiento provoca un cortocircuito interno: La resistencia equivalente paralela se dirige principalmente al monómero paralelo, y uno de los monómeros se conmuta con una resistencia equivalente para simular un cortocircuito interno.

La ventaja del método anterior es que es sencillo y propicio para la aplicación, mientras que la desventaja es que sólo refleja el fenómeno aparente después del cortocircuito interno, y la acumulación de energía térmica que se ha generado antes del cortocircuito interno sin sobrecarga de restricción no puede definirse bien para el calor liberado después del cortocircuito. Además, también hay una cierta incertidumbre en qué parte de la célula el cortocircuito interno causado por el método anterior 14 tiene ciertas limitaciones en el análisis del mecanismo.

El cortocircuito interno forzado consiste principalmente en añadir piezas metálicas incrustadas y orificios de perforación del diafragma en el interior de la batería y, a continuación, combinar la forma de extrusión externa para lograr cortocircuitos internos en diferentes partes de la batería. Además, el centro del cortocircuito se evalúa añadiendo un metal o aleación de bajo punto de fusión al electrodo calentándolo y fundiéndolo mediante el control de la temperatura de la tensión, el sonido, la luz y otras formas (6. Estos métodos pueden reflejar mejor el impacto de los cortocircuitos en diferentes partes en la batería Es propicio para el análisis del mecanismo La desventaja es que la batería necesita estar aislada del aire durante el proceso de desmontaje y montaje, y también hay requisitos estrictos de humedad, limpieza y nivel de embalaje.

Medidas internas de prevención de cortocircuitos y métodos de detección

1.Medidas de prevención de cortocircuitos internos

(1) Materiales de la batería, mejora del proceso

Se previene principalmente cambiando al uso de materiales de diafragma y utilizando aditivos de electrolito para evitar que se mezclen impurezas en el proceso de producción de la batería y la prueba de fiabilidad del proceso de producción.

El riesgo de cortocircuitos puede minimizarse utilizando diafragmas cerámicos. Si un cortocircuito es inevitable, la corriente de cortocircuito también puede reducirse recubriendo el material del electrodo con una capa de material PTC, para aumentar la resistencia de la capa PTC cuando se produce el cortocircuito, suprimiendo así la generación de fuga térmica. Además, debido a que el electrolito utilizado actualmente se basa en el sistema de carbonato de alquilo es fácil de volatilizar y quemar en la batería el uso inadecuado de la acumulación de calor producirá combustión o explosión por el diseño del electrolito como un electrolito retardante de llama o el uso de electrolito líquido iónico o la adición de material maleimida oligómero reducirá en gran medida los riesgos de seguridad generados por cortocircuitos.

Optimizar y mejorar el proceso de eliminación de impurezas en la producción de celdas de batería para eliminar el polvo de metal de hierro, por un lado, para evitar reacciones secundarias irreversibles con el electrolito durante la carga y descarga, por otro, la presencia de partículas de impurezas aumenta aún más el riesgo de perforar el diafragma y provocar cortocircuitos internos. Los rayos X también pueden utilizarse para detectar la alineación de las placas internas de la batería, evitando así el riesgo potencial de cortocircuitos.

(2) Uso de la batería

Evitar la carga a baja temperatura de la evolución del litio. En condiciones de baja temperatura, la conductividad iónica y el coeficiente de difusión de las baterías de iones de litio se reducen en gran medida, lo que puede conducir fácilmente a la evolución de litio durante la carga, por lo que la batería debe ser precalentado a la temperatura de carga adecuada cuando se utiliza a baja temperatura, a fin de evitar que la batería de la generación de dendritas de litio y luego perforar el diafragma cuando se carga a baja temperatura.

Diseño redundante de la tasa de carga-descarga de la batería. El diseño redundante permite que la batería funcione siempre en un estado de baja carga, lo que puede proteger eficazmente la batería y reducir en gran medida el riesgo de cortocircuitos internos bajo cargas elevadas.

Mejorar el diseño de conductividad térmica de la batería o suprimir la capacidad de producción de calor, ya que el cortocircuito interno de la batería generará instantáneamente una gran cantidad de calor. Si el calor se acumula, se producirá la descomposición del electrolito, la reacción de oxidación/reducción entre el electrolito y la superficie positiva/negativa de los electrodos positivo y negativo, y la contracción y descomposición del diafragma, lo que provocará el desbocamiento térmico.

2.Un medio para detectar cortocircuitos en el interior de la batería

Detección térmica: determinar si se ha producido un cortocircuito colocando un termopar en la pared lateral de la batería para detectar cambios de temperatura. Dado que el calor se conduce de dentro hacia fuera cuando se produce el cortocircuito, la temperatura muestra que hay un cierto desfase, por lo que la situación de cortocircuito no puede retroalimentarse inmediatamente.

La detección de anomalías de tensión supervisa la situación de cortocircuito interno de la batería controlando la caída de tensión en el proceso de carga continua con corriente pequeña; por ejemplo, al cargar una batería de 80 Ah con una corriente constante de 3 A, si la caída de tensión supera los 100 mV, se determina que la batería tiene un cortocircuito interno.

Detección de anomalías de capacidad: Existe una patente sobre el método de detección de cortocircuito interno: en el proceso de carga, comparando la capacidad de carga con la capacidad de referencia dentro del rango de tensión actualmente establecido, ya que cuando se produce el cortocircuito interno, una parte de la energía eléctrica se convertirá en disipación de energía térmica, por lo que la capacidad de carga durante el proceso de carga será mayor que cuando no se produce el cortocircuito interno, por lo que cuando la capacidad de carga es superior a la capacidad de referencia, se informa del fallo por cortocircuito interno Cuando la capacidad de carga es inferior o igual a la capacidad de referencia, el estado de la batería es normal.

Resumen

Cortocircuito interno de la batería de iones de litio es muy fácil causar desbocamiento térmico, por lo que desde el mecanismo de la mano para comprender la causa de su formación, a través de la simulación para estudiar más a fondo, de modo que a través de una variedad de medios para prevenir y detectar el cortocircuito interno de la batería de iones de litio, a fin de garantizar la seguridad de la batería de iones de litio durante el uso.