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Test d'écrasement pour les piles au lithium

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Test d'écrasement pour les piles au lithium

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Avec la popularisation des véhicules électriques à énergie nouvelle, les questions de sécurité des véhicules électriques font l'objet d'une attention croissante. Parmi eux, les caractéristiques de sécurité des batteries au lithium sont l'un des facteurs clés de la sécurité des véhicules électriques. Cet article prend pour objet de recherche les piles au lithium ternaires souples et, par le biais de recherches expérimentales et de simulations, explore les caractéristiques de sécurité des piles au lithium sous différentes formes de têtes d'écrasement, différentes positions d'écrasement et différentes conditions initiales d'état de charge (SOC).

Les résultats de la recherche indiquent que plus la forme de la tête d'écrasement est aiguë et étroite, plus le temps d'augmentation soudaine de la température de la pile au lithium est court, plus la perte soudaine de température est importante et plus l'augmentation de la résistance interne est élevée. Plus la position d'écrasement est proche du bord inférieur de la pile au lithium, plus l'augmentation de température est susceptible de provoquer un emballement thermique. Plus la position d'écrasement est proche de l'oreille polaire, plus la perte de capacité et la valeur de la résistance interne sont importantes. En outre, plus le SOC des piles au lithium est élevé, plus elles sont susceptibles de subir un emballement thermique, une chute de tension plus importante, une perte de capacité plus importante et une résistance interne plus élevée.

Afin de mieux comprendre les caractéristiques de sécurité des batteries au lithium dans différentes conditions, cet article a également établi des modèles de simulation thermique et de contrainte pour les batteries au lithium sur la base de la plateforme logicielle COMSOL, et a effectué des simulations des changements de température et de contrainte des batteries au lithium dans différentes conditions d'écrasement. Les résultats de la simulation montrent que la température et les modèles de déformation des piles au lithium après l'écrasement sont en bon accord avec les expériences d'écrasement réelles.

1 Principe de fonctionnement

Lorsqu'une pile au lithium est déchargée, les électrons circulent de l'électrode négative à l'électrode positive à travers un circuit externe, tandis que les ions lithium se déplacent de l'électrode négative à l'électrode positive. Au cours de ce processus, les ions lithium sont transférés à travers l'électrolyte et traversent le séparateur pour atteindre l'électrode positive. Ce processus est appelé réaction d'élimination du lithium.

Lorsqu'une batterie au lithium est chargée, les électrons circulent de l'électrode positive à l'électrode négative à travers un circuit externe, tandis que les ions lithium se déplacent de l'électrode positive à l'électrode négative. Au cours de ce processus, les ions lithium sont transférés à travers l'électrolyte et traversent le séparateur pour atteindre l'électrode négative. Ce processus est appelé réaction d'intercalation du lithium.

L'emballement thermique des batteries au lithium désigne le phénomène de surchauffe, d'inflammation et d'explosion causé par le changement rapide de la vitesse d'auto-élévation de la température de la batterie provoqué par la réaction en chaîne de la libération de chaleur d'une seule cellule. Ce phénomène peut être causé par des courts-circuits internes, une surcharge, un écrasement, des températures élevées et d'autres raisons dans la batterie. Lorsque la température de la batterie augmente dans une certaine mesure, le taux de réaction chimique interne de la batterie s'accélère, générant une grande quantité d'énergie thermique, entraînant une augmentation rapide de la température de la batterie et conduisant finalement à un emballement thermique de la batterie. Au cours de ce processus, l'électrolyte à l'intérieur de la batterie se décompose, les matériaux des électrodes positives et négatives brûlent et la batterie prend feu ou explose.

Par conséquent, lors de l'utilisation de batteries au lithium, il est nécessaire de prêter attention aux questions de sécurité et d'éviter les opérations néfastes telles que la surcharge, la décharge, l'écrasement et les températures élevées afin de garantir la sécurité et la stabilité de la batterie. En même temps, pendant l'utilisation, l'état de la batterie doit être régulièrement vérifié, et les problèmes doivent être identifiés et traités en temps utile pour éviter les accidents de sécurité.

2 Écrasement des piles au lithium

Les objets de recherche existants comprennent principalement les piles au lithium-fer-phosphate à coque carrée et les piles au lithium cylindriques 18650. Il existe deux méthodes de recherche principales : la recherche expérimentale et la recherche en ligne droite simulée. Dans la recherche expérimentale, il existe trois méthodes principales de chargement mécanique pour les piles au lithium cylindriques : la méthode de flexion trois points, la méthode d'écrasement radial axial et la méthode d'écrasement local ; les principales méthodes de chargement mécanique pour les piles au lithium carrées sont la méthode d'écrasement local et la méthode d'écrasement par plaque plate. Les principales formes de têtes d'écrasement sont plates, sphériques, hémisphériques et coniques.

3 Chambre d'essai

Chambre d'essai d'écrasement de piles au lithium

Capable de fournir des états d'écrasement dans différentes conditions tout en enregistrant les changements dans les caractéristiques de sécurité de la batterie. Ce dispositif comprend généralement un dispositif de compression, un système d'acquisition de données, un dispositif de protection de la sécurité et d'autres composants. Dans cette expérience, les chercheurs ont utilisé une plate-forme expérimentale de compression pour comprimer des piles au lithium de différentes formes, forces et positions afin d'analyser les changements dans les caractéristiques de sécurité des piles au lithium dans différentes conditions. Le système de collecte de données recueillera en temps réel les paramètres des caractéristiques de sécurité, tels que la température, la tension, la résistance interne et la capacité des piles au lithium, afin d'aider les chercheurs à comprendre les changements subis par les piles au lithium au cours du processus d'écrasement. Le dispositif de protection est utilisé pour assurer la sécurité du personnel et de l'équipement pendant le processus expérimental.

Système d'acquisition des paramètres

Le système de collecte comprend un système de collecte de la température, un système de collecte de la tension, un système de collecte de la résistance et un système de collecte de la capacité de la batterie. Le système d'acquisition de la température utilise des thermocouples de type K et un module d'acquisition de données de température à 8 canaux pour transmettre les données à l'ordinateur supérieur via RS485 ou USB. Le système d'acquisition de la tension utilise un transformateur de tension pour la transformation du signal et transmet les données à l'ordinateur supérieur via RS485 à USB ; le système d'acquisition de la résistance utilise la méthode de division de la tension de résistance pour la transformation du signal et transmet les données à l'ordinateur supérieur via RS485 à USB ; le système de collecte de la capacité de la batterie utilise un testeur de capacité de la batterie au potassium pour les tests et transmet les résultats des tests à l'ordinateur supérieur. Le système de collecte de la capacité de la batterie utilise un testeur de capacité de la batterie au potassium pour les tests et transmet les résultats des tests à l'ordinateur supérieur.

4. Conclusion

Différents SOC initiaux écrasent les résultats expérimentaux :

(1) L'effet de différents SOC initiaux sur l'apparence des piles au lithium n'est pas significatif.

(2) Les paramètres des caractéristiques de sécurité des piles au lithium avec différents SOC initiaux varient après l'écrasement.

(3) La pile au lithium 100% SOC a une épaisseur plus importante au point d'écrasement.

Résultats expérimentaux de l'écrasement avec différentes formes de têtes d'écrasement :

(1) La tête d'écrasement à angle droit produit une plus grande zone d'écrasement pour les piles au lithium, et la position d'écrasement est relativement étroite.

(2) La tête de broyage cylindrique produit une zone de broyage plus petite pour les piles au lithium, et la position de broyage est relativement émoussée.

(3) Dans les mêmes conditions initiales de SOC et de position d'écrasement, les caractéristiques de sécurité des piles au lithium avec deux formes différentes de têtes d'écrasement sont les suivantes :

L'influence des nombres varie.