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Emballement thermique d'une batterie lithium-ion de puissance

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Emballement thermique d'une batterie lithium-ion de puissance

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Évolution du lithium pendant la charge de la batterie et contrôle de la charge rapide

Les tests ont montré qu'il y a une précipitation évidente de lithium lorsque la batterie est chargée rapidement. L'étude du mécanisme d'évolution du lithium a montré que le processus complet d'évolution du lithium comprend la précipitation du lithium et sa réintégration sur la surface de l'électrode négative pendant la charge de la batterie. Le processus de précipitation se forme après que l'électrode négative ait un potentiel nul. Après l'arrêt de la charge de la batterie, le potentiel reviendra au-dessus du potentiel zéro. À ce moment-là, il sera réincorporé. Ensuite, tout le lithium réversible sera complètement dissous et l'électrode négative ne réagira plus.

En ajustant le courant de charge pour rendre la différence de potentiel proche de zéro, la charge rapide sans précipitation du lithium peut être réalisée.

Court-circuit dans la batterie et gestion de la batterie

Le court-circuit interne est un lien commun de l'emballement thermique de la batterie. Différents types de court-circuit interne peuvent se produire pour diverses raisons, notamment la déformation mécanique, l'extrusion, le déchirement, la rupture de la membrane, la surcharge et la décharge, et la surchauffe extrême. Un court-circuit interne plus dangereux est le court-circuit interne auto-induit, comme l'accident du Boeing 787, qui se produit en raison de l'évolution cumulative des impuretés et des particules introduites dans le processus de fabrication après un fonctionnement à long terme.

Le court-circuit interne est un phénomène difficile à reproduire dans le test. Diverses méthodes de test alternatives doivent être développées. Nous avons inventé une nouvelle méthode de test alternative pour simuler la détection d'un court-circuit interne. La clé est d'implanter un élément déclencheur de court-circuit interne en alliage à mémoire spécial avec une structure en pointe dans la batterie, d'augmenter la température pour que la structure en pointe s'incline vers le haut et de percer le diaphragme pour simuler le processus de court-circuit interne.

Grâce à ce test, on constate que les principaux types de courts-circuits internes sont les suivants : cuivre aluminium, cuivre positif, aluminium négatif et circuits négatifs positifs. Certains d'entre eux sont immédiatement hors de contrôle, comme le contact entre l'aluminium et l'électrode négative ; le contact entre l'électrode positive et l'électrode négative ne provoque généralement pas d'emballement thermique ; le risque de contact entre l'aluminium et le cuivre est également relativement élevé, mais il ne conduit pas nécessairement à un court-circuit interne immédiat.

La chose la plus importante dans le test est la fusion de la position du court-circuit interne, qui peut conduire à l'arrêt de l'ensemble du court-circuit interne ou à un court-circuit interne plus grave.

Il est donc nécessaire d'analyser les différents paramètres qui affectent cette fusion. Nous décomposons et résumons de manière exhaustive l'ensemble du processus d'évolution du court-circuit interne. Sur cette base, nous proposons que pour se prémunir contre l'emballement thermique, il est nécessaire de tester le court-circuit interne à un stade précoce.

L'une des méthodes à analyser est la méthode de test de court-circuit interne des batteries en série, qui doit être diagnostiquée sur la base de la différence de cohérence.

Bien sûr, le seul test de court-circuit interne n'est pas suffisant. Il est possible de réaliser l'alerte précoce de court-circuit interne et d'emballement thermique uniquement en gérant de manière complète la surcharge, la surdécharge et le SOP. Il s'agit d'une nouvelle génération de système de gestion de batterie, qui consiste en une estimation de l'état et un test de défaillance complets, avec la sécurité comme élément central.

Emballement thermique et conception thermique d'une cellule unique

De nombreux changements ont eu lieu dans les matériaux des diaphragmes. Du PE, PP, PE + céramique au pet, la température de résistance à la chaleur du diaphragme a été très élevée, pouvant atteindre 300 ℃ ; Dans le même temps, la température de libération de l'oxygène des matériaux cathodiques diminue progressivement des premiers LFP aux ncm111, ncm523, ncm622 et ncm811.

Avec l'évolution de ces deux technologies, le mécanisme d'emballement thermique change également. La plupart des premières batteries étaient hors de contrôle en raison d'un court-circuit interne à grande échelle causé par l'effondrement du diaphragme, mais le mécanisme d'emballement thermique du diaphragme haute température actuellement utilisé et équipé de la batterie lithium-ion à puissance positive 811 a changé, et le dégagement d'oxygène du matériau positif est devenu la principale cause d'emballement thermique.

Les résultats des tests indiquent que si le diaphragme est complètement retiré et que l'électrolyte est drainé sans court-circuit interne, l'emballement thermique se produira quand même. Lorsque les poudres positive et négative sont mélangées pour la détection, il y aura un violent pic exothermique.

Propagation thermique et gestion thermique du système de batterie

Si toutes les méthodes précédentes échouent, nous devons considérer le problème du point de vue de l'ensemble du système. Par exemple, en cas de collision violente ou si le châssis est percé par des substances tranchantes, l'emballement thermique se produira de temps en temps. Cet emballement thermique ne peut être traité qu'au niveau du système.

Tout d'abord, le processus de propagation de l'emballement thermique est détecté, et il est clair que l'emballement thermique se produit un par un.

Deuxièmement, la propagation thermique des modules de batterie parallèles est détectée, et la caractéristique unique de la propagation de l'emballement thermique des modules parallèles est trouvée, à savoir, une chute de tension en forme de V à plusieurs niveaux. Lorsque le module de batterie du véhicule réel n'est pas retenu, l'expansion de l'emballement thermique peut montrer un effet d'accélération dans le module de batterie, et finalement conduire à la combustion violente et à l'explosion du module entier.

Troisièmement, les caractéristiques de la soupape de jet d'emballement thermique sont détectées. Dans la bombe de combustion fermée à volume constant, l'ensemble du processus d'emballement thermique du jet est enregistré par une caméra à haute vitesse. D'après la détection, il s'avère que le flux d'éruption présente les caractéristiques d'une coexistence triphasée gaz-liquide-solide, dans laquelle la vitesse d'éruption du gaz atteint 137 m/s.

Sur cette base, la conception de la suppression de la propagation de la chaleur est réalisée, y compris la conception de l'isolation thermique et la conception de la dissipation de la chaleur. La conception de l'isolation thermique consiste à utiliser différents matériaux d'isolation thermique pour protéger la propagation de la chaleur des modules, et la conception de la dissipation de la chaleur consiste à supprimer la propagation de la chaleur avec différents flux de refroidissement liquide.

Dans le système de batterie général, l'isolation thermique et la dissipation de la chaleur peuvent traiter le processus de propagation de la chaleur seul, mais dans le nouveau système de batterie, l'isolation thermique et la dissipation de la chaleur doivent être combinées pour inhiber la propagation de la chaleur, ce qui est la technologie dite de pare-feu.

La technologie de propagation de la chaleur a été utilisée dans la formulation des normes internationales. À l'heure actuelle, il n'existe pas de norme unifiée de propagation de la chaleur dans le monde. La Chine introduira bientôt une norme sur la propagation de la chaleur. La propagation de la chaleur est la dernière ligne de défense menant à des accidents de sécurité. Nous devons prendre soin de cette dernière ligne de défense et nous efforcer de promouvoir l'expérience pertinente de la Chine dans le monde et de devenir une loi et une réglementation mondiales.

DGBELL étudie les chambres d'essai de batteries depuis plus de 15 ans et possède une expérience industrielle innombrable. La machine de test d'emballement thermique pour batterie lithium-ion de puissance est l'un de nos produits. Nous pouvons également personnaliser en fonction de vos produits. Nous répondrons à vos besoins, il suffit de nous le faire savoir.