Analyse sur le test de sécurité de la batterie lithium-ion

Analyse sur le test de sécurité de la batterie lithium-ion

La sécurité des batteries lithium-ion est notre priorité, notamment dans les domaines liés à la sécurité de nos vies et de nos biens, comme les voitures particulières. Afin d'assurer la sécurité de la batterie lithium-ion, les gens ont conçu une variété de tests de sécurité pour assurer la sécurité de la batterie lithium-ion en cas d'abus. Par conséquent, du point de vue de l'optimisation de la conception de la structure de la batterie, comment réussir cette série de tests de sécurité est un nouveau problème que nous devons prendre en compte.

Compte tenu des risques de sécurité que peuvent rencontrer les batteries lithium-ion dans la pratique, nous avons conçu des tests de sécurité tels que l'extrusion, l'acupuncture, les courts-circuits, les surcharges et décharges, les hautes et basses températures. Parmi de nombreux tests de sécurité, les tests d'extrusion, d'acupuncture et de court-circuit externe simulant les courts-circuits internes et externes des batteries lithium-ion sont les plus classiques et les plus difficiles à réussir. La raison principale est que le courant instantané dans les deux tests de sécurité est trop important. En raison de l'impédance ohmique et d'autres facteurs, une grande quantité de chaleur est générée dans la batterie lithium-ion pendant un certain temps. Limitée par la structure de la batterie lithium-ion, ces chaleurs ne peuvent pas se diffuser rapidement à l'extérieur de la batterie, ce qui entraîne la température élevée de la batterie lithium-ion,

En prenant la batterie carrée couramment utilisée dans les véhicules électriques comme exemple, en raison de la conception structurelle, la vitesse de diffusion de la chaleur générée dans chaque partie de la batterie est différente, il y aura donc un gradient de température évident dans la direction du plan et la direction de l'épaisseur de la batterie. Surtout en cas de courant élevé, la chaleur générée dans la batterie, en particulier au milieu de la cellule, ne peut pas être bien diffusée. Par conséquent, la température à l'intérieur de la cellule augmentera fortement, entraînant des problèmes de sécurité.

Essai d'extrusion

Dans le test d'extrusion, avec l'augmentation du degré de déformation de la batterie, les collecteurs de courant positif et négatif seront d'abord déchirés, glisseront le long de la ligne de défaillance à 45 degrés et le matériau actif sera également endommagé. Il entrera dans le 45 ligne de rupture de degré. Avec l'augmentation continue de la déformation du diaphragme, le diaphragme atteint finalement le point de défaillance, provoquant l'apparition de courts-circuits positifs et négatifs. Le court-circuit positif et négatif causé par l'extrusion est principalement un court-circuit ponctuel. Par conséquent, un courant très important sera généré au point de court-circuit et la chaleur sera libérée de manière intensive, provoquant une forte augmentation de la température au point de court-circuit. Par conséquent, il est facile de provoquer un échauffement incontrôlable.

Test de pénétration des ongles

L'expérience de pénétration des ongles est également une méthode utilisée pour simuler le court-circuit interne de la batterie lithium-ion. Son principe de base est d'utiliser une aiguille en métal pour s'insérer lentement à l'intérieur de la batterie lithium-ion à une certaine vitesse, entraînant le court-circuit interne de la batterie lithium-ion. À ce moment, la puissance de l'ensemble de la batterie lithium-ion est libérée par le point de court-circuit. Des études pertinentes montrent que lorsque le court-circuit interne se produit, au maximum, environ 70 % de l'énergie sera libérée par le point de court-circuit dans les 60 s, et cette partie de la chaleur sera finalement convertie en énergie thermique. Parce que la chaleur générée ne peut pas être diffusée dans le temps, la température instantanée du point de court-circuit peut atteindre plus de 1000 ℃, entraînant un échauffement incontrôlé.

Test de court-circuit externe

Comparé aux expériences d'extrusion et d'acupuncture ci-dessus, le test de court-circuit externe est relativement doux. Le test de court-circuit externe consiste à connecter la batterie lithium-ion à une résistance fixe, et la puissance de la batterie lithium-ion est libérée à travers la résistance. Le courant de court-circuit peut être contrôlé selon la résistance fixe, de dizaines d'ampères à des centaines d'ampères, voire des milliers d'ampères. En raison du courant élevé, une grande quantité de chaleur s'accumulera dans la batterie lithium-ion en peu de temps, ce qui peut entraîner l'emballement thermique de la batterie lithium-ion.

La réussite du test de court-circuit dépend principalement du courant de court-circuit. Plus le courant de court-circuit est élevé, plus le taux de génération de chaleur de la batterie lithium-ion sera rapide et le taux de diffusion de la chaleur de la batterie lithium-ion ne changera pas beaucoup. Par conséquent, cela signifie que plus de chaleur s'accumulera dans la batterie lithium-ion et que la température augmentera davantage, ce qui peut entraîner la contraction du diaphragme, De graves problèmes tels que le court-circuit des électrodes positives et négatives, ce qui entraîne un emballement thermique de Batterie aux ions lithium.

Le principal facteur affectant le courant de court-circuit de la batterie lithium-ion est la valeur de résistance de la résistance au court-circuit, suivie de facteurs tels que la résistance interne et l'état de charge de la batterie lithium-ion. Des chercheurs aux Pays-Bas ont découvert que pendant le processus de court-circuit de la batterie lithium-ion, le changement de courant est principalement divisé en les parties suivantes, et le courant de décharge de la batterie de la zone 1 peut atteindre 274c, cette partie est principalement entraînée par la décharge de double couche électrique et couche de diffusion de batterie lithium-ion. Dans la zone 2, le taux de décharge de la batterie lithium-ion peut atteindre 50-60c. Le principal facteur limitant de cette partie du courant est la diffusion matérielle. En raison de l'accumulation de chaleur, l'emballement thermique de la batterie peut se produire dans cette zone. Dans la région 3,

Leurs recherches ont également révélé que le principal facteur affectant les résultats des tests de court-circuit est le rapport entre la résistance aux courts-circuits et la résistance interne de la batterie lithium-ion, qui est encore plus élevé que la résistance interne de la batterie lithium-ion et l'état de charge. de batterie. On peut voir que plus la valeur de résistance de la résistance de court-circuit est proche de la batterie lithium-ion, plus la batterie lithium-ion est sujette à l'emballement thermique. La batterie lithium-ion ne peut réussir le test de sécurité contre les courts-circuits que lorsque la valeur de résistance de la résistance aux courts-circuits est supérieure à 9 à 12 fois la résistance interne de la batterie lithium-ion. En fait, il n'est pas difficile de comprendre que dans le processus de décharge de court-circuit, la chaleur est principalement générée par la résistance de court-circuit du circuit externe et la résistance interne de la batterie. Selon la formule de chaleur Joule P = I2R, lorsque le courant est le même, la puissance de chauffage est directement proportionnelle à la plage de résistance. Lorsque l'énergie de la batterie est certaine, la partie avec une grande résistance générera naturellement plus de chaleur.

À partir de l'analyse ci-dessus, il n'est pas difficile de voir que les facteurs affectant les résultats des tests de sécurité des batteries lithium-ion sont principalement le taux de génération de chaleur et le taux de dissipation thermique. Réduire le taux de génération de chaleur pendant le processus de test de sécurité au moyen d'une conception de protection de sécurité, ou couper le courant et empêcher la génération de chaleur continue si nécessaire, peut efficacement éviter l'emballement thermique des batteries lithium-ion. La seconde est d'améliorer le taux de dissipation thermique de la batterie lithium-ion. En améliorant le taux de dissipation thermique grâce à la conception structurelle de la batterie lithium-ion, la température de la batterie lithium-ion peut être efficacement évitée.