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Test de court-circuit interne d'une batterie au lithium-ion

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Test de court-circuit interne d'une batterie au lithium-ion

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Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans divers domaines tels que les appareils mobiles, le stockage d'énergie et les véhicules à énergie nouvelle grâce à leurs avantages de durée de vie élevée par rapport à l'énergie, mais par rapport aux autres types de batteries, leur sécurité est le principal problème qui doit être résolu. Les batteries lithium-ion produisent des problèmes de sécurité principalement par la génération de chaleur, et finalement la voie de l'emballement thermique incarnation et les raisons de la formation de l'emballement thermique sont principalement court-circuit, défaillance de connexion, la cuisson à haute température, l'immersion dans l'eau, etc, dont le court-circuit est la cause la plus commune de l'emballement thermique court-circuit est divisé en court-circuit externe et interne, le court-circuit externe peut être contrôlé par la protection des composants auxiliaires et l'optimisation de la stratégie tandis que le court-circuit interne est difficile à contrôler efficacement. Dans cet article, l'étude systématique de la méthode de simulation du principe de court-circuit interne et des mesures de détection préventive permettra de mieux comprendre la méthode de contrôle des problèmes de sécurité des batteries et fournira des références pour l'application plus large des batteries lithium-ion.

Méthode d'essai de simulation de court-circuit

Les tests de pénétration de clous, d'extrusion, de chute, d'impact lourd et autres sont les méthodes de test de simulation de court-circuit les plus courantes dans la norme, comme QC/T743-2006, SAND2005-3123, UL2580-2011, SAE2464 et autres normes.

Afin de mieux simuler l'effet de court-circuit, les différentes méthodes d'essai sont soumises à des contraintes conditionnelles dans la norme. Les tests d'acupuncture spécifient la vitesse de piqûre de l'aiguille (QC/T743-2006 exige 10~40mm/s, d'autres normes exigent 80mm/s) le diamètre de l'aiguille (généralement 3~8 mm) ; L'expérience d'extrusion spécifie la quantité de déformation de la pression d'extrusion (100 kN ou 1000 fois la masse de l'échantillon) (généralement 50% de la déformation) et la forme du disque d'extrusion (plaque d'extrusion de 30 mm avec un rayon de 75 mm) ; L'essai de chute spécifie les conditions de hauteur de chute (1 à 2 m) et la surface de contact (sol horizontal dur ou non plat) au moment de la chute.

La méthode expérimentale de court-circuit simulé comprend également une expérience de chauffage par résistance équivalente parallèle à surcharge illimitée. La surcharge illimitée consiste à charger la batterie d'essai entièrement chargée avec un courant constant jusqu'à ce que la tension tombe à 0V ou produise une explosion de combustion est faible : l'expérience de chauffage consiste à chauffer l'échantillon expérimental, la température de chauffage est déterminée par la résistance thermique du diaphragme, et le rétrécissement du diaphragme après le chauffage provoque un court-circuit interne : La résistance équivalente parallèle vise principalement le monomère parallèle, et l'un des monomères est commuté avec une résistance équivalente pour simuler un court-circuit interne.

L'avantage de la méthode ci-dessus est qu'elle est simple et propice à la mise en œuvre, tandis que l'inconvénient est qu'elle ne reflète que le phénomène apparent après le court-circuit interne, et l'accumulation d'énergie thermique qui a été générée avant le court-circuit interne sans surcharge de restriction ne peut pas être bien définie pour la chaleur libérée après le court-circuit. En outre, il existe également une certaine incertitude quant à la partie de la cellule dans laquelle se trouve le court-circuit interne provoqué par la méthode ci-dessus 14, ce qui limite l'analyse du mécanisme.

Le court-circuit interne forcé consiste principalement à ajouter des pièces métalliques encastrées et des trous de perforation de la membrane à l'intérieur de la pile, puis à combiner la forme de l'extrusion externe pour obtenir des courts-circuits internes dans différentes parties de la pile. En outre, le centre de court-circuit est évalué en ajoutant un métal ou un alliage à faible point de fusion à l'électrode en la chauffant et en la faisant fondre en surveillant la température de la tension, le son, la lumière et d'autres moyens (6. Ces méthodes peuvent mieux refléter l'impact des courts-circuits dans différentes parties de la batterie Est propice à l'analyse des mécanismes L'inconvénient est que la batterie doit être isolée de l'air pendant le processus de démontage et d'assemblage, et il existe également des exigences strictes en matière d'humidité, de propreté et de niveau d'emballage.

Mesures de prévention et méthodes de détection des courts-circuits internes

1.Mesures de prévention des courts-circuits internes

(1) Matériaux de batterie, amélioration du processus

On le prévient principalement en passant à l'utilisation de matériaux à diaphragme et en utilisant des additifs pour électrolyte afin d'éviter le mélange d'impuretés dans le processus de production de la batterie et le test de fiabilité du processus de production.

Le risque de court-circuit peut être minimisé en utilisant des diaphragmes en céramique. Si un court-circuit est inévitable, le courant de court-circuit peut également être réduit en recouvrant le matériau de l'électrode d'une couche de matériau CTP, de manière à augmenter la résistance de la couche CTP lorsque le court-circuit se produit, supprimant ainsi la génération d'emballement thermique. En outre, comme l'électrolyte actuellement utilisé est basé sur le système de carbonate d'alkyle, il est facile de se volatiliser et de brûler dans la batterie ; une utilisation incorrecte de l'accumulation de chaleur produira une combustion ou une explosion ; en concevant l'électrolyte comme un électrolyte ignifuge ou en utilisant un électrolyte liquide ionique ou en ajoutant un matériau oligomère de maléimide, on réduira considérablement les risques de sécurité générés par les courts-circuits.

Optimiser et améliorer le processus d'élimination des impuretés dans la production des cellules de batterie afin d'éliminer la poussière de fer métallique, d'une part, pour éviter les réactions secondaires irréversibles avec l'électrolyte pendant la charge et la décharge, d'autre part, la présence de particules d'impuretés augmente encore le risque de percer le diaphragme et de provoquer des courts-circuits internes. Les rayons X peuvent également être utilisés pour détecter l'alignement des plaques internes de la batterie, évitant ainsi le risque potentiel de courts-circuits.

(2) Utilisation de la batterie

Empêchez la charge à basse température de l'évolution du lithium. Dans des conditions de basse température, la conductivité ionique et le coefficient de diffusion des batteries lithium-ion sont fortement réduits, ce qui peut facilement conduire à un dégagement de lithium pendant la charge, la batterie doit donc être préchauffée à la température de charge appropriée lors de l'utilisation à basse température, afin d'éviter que la batterie ne génère des dendrites de lithium et ne perfore ensuite le diaphragme lors de la charge à basse température.

Conception redondante du taux de charge-décharge de la batterie. La conception redondante permet à la batterie de toujours fonctionner dans un état de faible charge, ce qui peut protéger efficacement la batterie et réduire considérablement le risque de court-circuit interne en cas de charge élevée.

Améliorer la conception de la conductivité thermique de la batterie ou supprimer la capacité de production de chaleur, car le court-circuit interne de la batterie génère instantanément une grande quantité de chaleur. Si la chaleur s'accumule, elle entraîne la décomposition de l'électrolyte, la réaction d'oxydation/réduction entre l'électrolyte et la surface positive/négative des électrodes positives et négatives, ainsi que le rétrécissement et la décomposition du diaphragme, ce qui provoque un emballement thermique.

2.Un moyen de détecter les courts-circuits à l'intérieur de la batterie

Détection thermique : déterminer si un court-circuit s'est produit en fixant un thermocouple sur la paroi latérale de la batterie pour détecter les changements de température. Comme la chaleur est conduite de l'intérieur vers l'extérieur lorsque le court-circuit se produit, la température montre qu'il y a un certain décalage, de sorte que la situation de court-circuit ne peut pas être remontée immédiatement.

La détection d'anomalie de tension surveille la situation de court-circuit interne de la batterie en contrôlant la chute de tension lors du processus de charge continue à faible courant, par exemple, lors de la charge d'une batterie de 80 Ah avec un courant constant de 3 A, si la chute de tension dépasse 100 mV, il est déterminé que la batterie présente un court-circuit interne.

Détection des anomalies de capacité : Il existe un brevet impliquant la méthode de détection de court-circuit interne : dans le processus de charge, en comparant la capacité de charge avec la capacité de référence dans la plage de tension actuellement définie, car lorsque le court-circuit interne se produit, une partie de l'énergie électrique sera convertie en dissipation d'énergie thermique, de sorte que la capacité de charge pendant le processus de charge sera plus élevée que lorsque le court-circuit interne ne se produit pas, donc lorsque la capacité de charge est supérieure à la capacité de référence, l'anomalie de court-circuit interne est signalée Lorsque la capacité de charge est inférieure ou égale à la capacité de référence, l'état de la batterie est normal.

Résumé

Le court-circuit interne de la batterie lithium-ion est très facile à provoquer l'emballement thermique, donc du mécanisme de la main pour saisir la cause de sa formation, par la simulation pour l'étudier davantage, de sorte que par une variété de moyens pour prévenir et détecter le court-circuit interne de la batterie lithium-ion, afin d'assurer la sécurité de la batterie lithium-ion pendant l'utilisation.