Acerca de la prueba de cortocircuito de la batería de iones de litio - Parte 1

Acerca de la prueba de cortocircuito de la batería de iones de litio - Parte 1

Por cortocircuito externo se entiende generalmente un cortocircuito causado por el contacto directo entre los electrodos positivo y negativo de una batería. El cortocircuito externo puede provocar un aumento de la temperatura y, si dura lo suficiente, puede dañar la batería.

1 Prueba

en la prueba se utilizó la batería 18650 NCM

En la primera prueba, la temperatura ambiente de la batería se fijó en 25 ℃, y las variables fueron diferentes SOC.

Los datos de la prueba se muestran en la siguiente figura; Todo el proceso de cortocircuito externo de la batería se divide en dos etapas de acuerdo con el cambio de corriente:

(1) La primera etapa: etapa de aumento rápido. La corriente aumenta rápidamente hasta su pico, mientras que la tensión cae a un nivel bajo;

(2) Segunda etapa: Etapa de corriente continua. La corriente disminuye a un ritmo más rápido y, a continuación, aparece una meseta de corriente. La meseta de corriente se mantiene durante un periodo de tiempo, la corriente disminuirá hasta cero rápidamente. La tendencia de los cambios de voltaje es la misma, con una meseta de voltaje que aparece cuando cae a alrededor de 1V, y después de un cierto período de tiempo, el voltaje cae rápidamente a cero.

El tiempo necesario para lograr la autoprotección de la batería se establece como tiempo crítico.

Resuma los fenómenos de prueba como sigue:

Durante la fase de subida rápida, excepto para el 10% de SOC, la corriente de las baterías restantes en otros estados de SOC subirá a 60-80 A en aproximadamente 0,1 segundos, lo que equivale a una descarga dentro del rango de 30-40 C. Durante la fase de subida rápida, la tensión de las baterías en todos los estados de SOC bajará de 4,2 V a alrededor de 1,0 V en aproximadamente 0,1 segundos.

Durante la fase de corriente sostenida, cuanto mayor sea el SOC de la plataforma de la batería, mayor será la corriente, pero menor será la duración.

Durante la fase de corriente alta sostenida, cuanto mayor sea el SOC, menor será la duración de la meseta de tensión de la batería. Después de que la tensión caiga a cero y se deje reposar durante 80-100 segundos, se producirá un rebote de la tensión.

En la tercera prueba, se fijó la temperatura ambiente de la batería, el SOC se ajustó al 20%, 50% y 80%, y las variables fueron diferentes tiempos de cortocircuito externo. Los datos de la prueba se muestran en la siguiente figura, y el tiempo necesario para lograr la autoprotección de la batería se establece como tiempo crítico. A continuación se resumen los fenómenos de ensayo:

Las baterías con un SOC bajo tienen un punto de tiempo crítico mayor durante los cortocircuitos externos.

Tras un cortocircuito externo, la capacidad de la batería ha disminuido.

Las conclusiones que podemos extraer de las tres pruebas son:

Suponiendo que no se produzcan fugas tras un cortocircuito externo a la batería de iones de litio

(1)A la misma temperatura, cuanto mayor sea el SOC de una batería, mayor será el valor de pico de la corriente de cortocircuito durante la fase ascendente en el momento del cortocircuito externo (nivel 0,1s); Cuanto mayor sea la meseta de corriente durante la fase de corriente sostenida, menor será el tiempo crítico.

(2)A la misma temperatura, en el momento del cortocircuito externo (nivel 0,1s), la tensión de cortocircuito cae hasta un cierto valor, y la diferencia de tensión entre baterías con diferente SOC después de la caída no es significativa.

(3)A la misma temperatura, las baterías con mayor SOC liberan menos capacidad durante los cortocircuitos externos.

(4)Para un mismo SOC, cuanto mayor es la temperatura, menor es el tiempo crítico de cortocircuito externo de la batería; cuando el SOC es alto, el tiempo crítico de la batería cambia menos a diferentes temperaturas.

(5)Para el mismo SOC, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será el valor de la meseta de corriente sostenida.

(6)Para el mismo SOC, cuanto mayor sea la temperatura, menor será la capacidad de descarga durante el tiempo crítico tras el cortocircuito externo de la batería. Tras un cortocircuito externo, la capacidad de la batería disminuye ligeramente.

Durante el proceso de cortocircuito externo, si la batería tiene fugas (debido al fallo de los materiales internos y a la aparición de reacciones térmicas)

(1)Las baterías con temperatura ambiente y SOC más elevados son más propensas a sufrir fugas durante los cortocircuitos externos.

(2)Después de la fuga, el valor de la meseta de corriente de la batería disminuye, la temperatura pico del aumento de temperatura aumenta y la capacidad liberada disminuye.

2 Análisis

Analizando los fenómenos de prueba y las conclusiones, construir un modelo de cortocircuito externo para las baterías de iones de litio (el siguiente contenido es la especulación del autor, no probada, ver con precaución)

El cortocircuito externo de las baterías de iones de litio se muestra en la siguiente figura: utilice un cable con una resistencia de m Ω para conectar los terminales positivo y negativo de la batería.

La premisa es que no hay fugas durante el cortocircuito externo de las baterías de iones de litio. Como se muestra en la siguiente figura, las reacciones internas de las baterías de alto SOC durante el proceso de cortocircuito externo se dividen en tres pasos.

El primer paso es que en el momento en que el cable externo entra en contacto con los electrodos positivo y negativo, los iones de Li en la superficie del electrodo completan rápidamente el proceso de extracción e inserción Macroscópicamente, se manifiesta como la aparición de una gran corriente.

Debido a la acumulación de una gran cantidad de cargas negativas en el electrodo positivo después de conectar el cable externo, el potencial del electrodo positivo disminuye,; Del mismo modo, el potencial del electrodo negativo aumenta debido a la acumulación de una gran cantidad de cargas positivas, lo cual es un fenómeno de polarización (los lectores que no tengan claro lo que es la polarización pueden consultar el artículo anterior del autor - Batería de iones de litio - Batería de iones de litio - La tensión de prueba al final de la descarga es V1, y después de reposar durante un período de tiempo, la tensión se mide de nuevo como V2. ¿Por qué V2 es mayor que V1)?

Debido a la polarización, se manifiesta macroscópicamente como un rápido aumento de la tensión Los pasos de control de velocidad para este paso son la velocidad de reacción electroquímica y la velocidad de difusión. El cortocircuito externo de las baterías de iones de litio se muestra en la siguiente figura: utilice cables con una resistencia de m Ω para conectar los polos positivo y negativo de la batería.