A propos du test de court-circuit interne de la batterie

A propos du test de court-circuit interne de la batterie

La batterie lithium-ion présente les avantages d'une densité énergétique élevée, d'une longue durée de vie, d'une tension nominale élevée, d'une capacité de charge élevée et d'une faible efficacité d'autodécharge, et est devenue la batterie idéale pour les véhicules électriques hybrides et les véhicules électriques purs. Cependant, le problème de sécurité de la batterie lithium-ion est devenu le principal facteur empêchant son utilisation à grande échelle dans le domaine de l'énergie.

Avec l'augmentation du nombre de véhicules électriques, leurs problèmes de sécurité sont de plus en plus importants, et les problèmes de sécurité des véhicules électriques proviennent principalement de leur système d'alimentation - les batteries lithium-ion. Les problèmes de sécurité des batteries lithium-ion sont principalement dus aux incendies et aux explosions provoqués par l'emballement thermique, et l'une des raisons de l'emballement thermique est le court-circuit à l'intérieur de la batterie.

Actuellement, la recherche sur l'emballement thermique des batteries lithium-ion se concentre principalement sur l'analyse de la modélisation et l'analyse expérimentale d'un type de batterie. Cet article adopte différentes méthodes pour les batteries 18650 et les batteries carrées afin de simuler l'emballement thermique causé par un court-circuit dans la cellule du module de batterie, et explore la méthode adaptée à la vérification de l'emballement thermique du module de batterie de puissance.

1.Court-circuit dans l'unité

En général, le risque de court-circuit interne lors d'un test d'abus est le plus important.

Lorsque la batterie présente un court-circuit interne, la température interne augmente. La température élevée induit une série de réactions exothermiques des matériaux de la batterie, et la chaleur générée par la réaction augmente encore la température interne de la batterie et intensifie le taux de réaction exothermique. Enfin, la réaction exothermique et la température élevée s'influencent mutuellement et provoquent un emballement, c'est-à-dire un emballement thermique, qui entraîne des accidents de sécurité tels que la combustion et l'explosion des batteries au lithium-ion. Actuellement, le court-circuit interne de la batterie est principalement causé par les deux raisons suivantes : les défauts du premier diaphragme, la pollution des matières premières ou les résidus d'objets étrangers se détériorent et s'amplifient continuellement pendant le transport et l'utilisation de la batterie.

À ce stade, même le fabricant de la batterie ayant le meilleur contrôle de qualité ne peut éviter complètement les impuretés métalliques ou les bavures générées au cours du processus de production : l'utilisation de la deuxième batterie dépasse la plage applicable de courant, de tension et de température spécifiée par le fabricant. Une méthode largement acceptée pour tester les courts-circuits internes dans l'industrie devrait présenter les caractéristiques suivantes :

(1) Elle peut s'adapter au changement de structure et de forme de la batterie (une batterie cylindrique ou carrée peut être utilisée)

(2) Les résultats des essais doivent pouvoir être comparés à ceux d'autres variables.

Les divers courts-circuits internes peuvent être classés dans les quatre catégories suivantes : pôle négatif vers pôle positif, pôle négatif vers feuille d'aluminium, feuille de cuivre vers feuille d'aluminium et feuille de cuivre vers pôle positif

2.Introduction à la méthode de court-circuit dans une cellule unique

Dans cet article, une batterie de type 18650 et une batterie carrée avec le même matériau positif sont utilisées pour la simulation de test. La méthode de déclenchement du court-circuit dans la batterie d'essai est le chauffage du fil de résistance et la pénétration de l'ongle.

(1) Chauffage par fil de résistance

La méthode de chauffage par fil de résistance a été utilisée pour simuler l'emballement thermique de la batterie lithium-ion causé par le changement radical de la température ambiante. La membrane de la batterie est composée d'une membrane à trois couches PP/PE/PP, le point de fusion du PP étant de 165 ℃ et celui du PE de 135 ℃. En enroulant le fil de résistance sur la surface de la batterie lithium-ion pour la chauffer, une grande quantité de chaleur est rapidement générée, ce qui entraîne la déformation et la contraction du diaphragme, et les pôles positif et négatif sont connectés, provoquant un court-circuit dans la batterie, et finalement la perte de contrôle de la chaleur par la batterie.

(2) Pénétration d'un clou

L'emballement thermique de la batterie lithium-ion est causé par la pénétration de l'aiguille en acier dans la batterie lithium-ion pour simuler les corps étrangers métalliques à l'intérieur de la batterie. Une fois que l'aiguille en acier a pénétré dans la batterie, elle est connectée aux électrodes positives et négatives en tant que conducteur métallique, ce qui provoque un court-circuit interne de la batterie. La position du court-circuit génère un courant important et produit rapidement beaucoup de chaleur, ce qui conduit finalement à un emballement thermique de la batterie.

3.Méthode de vérification de l'emballement thermique d'un module de batterie de puissance

(1) Chauffage par fil de résistance

batterie 18650

Une batterie 18650 a été utilisée pour le test. Le fil de résistance ayant une certaine résistance interne est enroulé sur la surface de la batterie par calcul, et un capteur de température est placé à l'extérieur du boîtier de la batterie, puis la batterie est placée au centre du module de batterie. La batterie adjacente est également équipée du même capteur de température. Une fois les batteries assemblées en modules en parallèle, utilisez la méthode de charge spécifiée par le fabricant pour charger les batteries au maximum. Connecter le fil de résistance à l'alimentation externe et connecter le capteur de température au détecteur de patrouille de température ; enregistrer l'état initial du module de batterie (tension, température, etc.), continuer à chauffer la batterie jusqu'à ce qu'elle tombe en panne, déconnecter l'alimentation externe et observer si le module est hors de contrôle en raison de la chaleur.

Cellule prismatique

Le test utilise une pile carrée. Enroulez le même fil de résistance sur la surface de la batterie et placez des capteurs de température sur la surface de la batterie à chauffer et sur les surfaces adjacentes de la batterie. Une fois que la batterie forme un module, chargez le module au maximum selon la méthode de charge spécifiée par le fabricant. La méthode de chauffage et l'enregistrement de la température sont les mêmes que pour les essais ci-dessus. Continuez à chauffer la batterie jusqu'à ce qu'elle tombe en panne. Déconnectez l'alimentation externe et observez si le module de la batterie carrée est hors de contrôle.

(2) Pénétration des clous

batterie 118650

Une batterie 18650 a été utilisée pour le test. Choisissez l'emplacement de la batterie à aiguille pour disposer des capteurs de température sur la surface de cette batterie et des batteries adjacentes. Une fois les batteries assemblées en modules en parallèle, utilisez la méthode de charge spécifiée par le fabricant pour charger les batteries au maximum. Fixez le module sur le support de l'aiguille et connectez l'instrument de contrôle de la température. Utilisez une aiguille en acier d'un diamètre de 1 mm pour percer la batterie à une vitesse de 1 mm/s jusqu'à ce qu'elle prenne feu, et observez si le module est hors de contrôle en raison de la chaleur.

Cellule prismatique

Le test utilise une batterie carrée. Choisissez l'emplacement de la batterie perforée à l'aiguille, placez des capteurs de température sur les surfaces adjacentes de la batterie et chargez complètement la batterie conformément à la méthode de charge spécifiée par le fabricant après que la batterie a formé un module. Utilisez une aiguille en acier d'un diamètre de 1 mm pour percer la batterie à une vitesse de 1 mm/s jusqu'à ce qu'elle prenne feu, et observez si le module est incontrôlable en raison de la chaleur.

4.Conclusion

En effectuant des tests de chauffage par fil de résistance et de piqûre sur une batterie 18650 et une batterie carrée, la batterie dans le module a été court-circuitée et la batterie dans le module de batterie a été simulée comme étant hors de contrôle à cause de la chaleur. La méthode de vérification appropriée pour la perte de contrôle thermique a été étudiée et les conclusions suivantes ont été tirées :

(1) En comparant les tests de pénétration des clous et de chauffage du fil de cation, nous avons constaté que pour le même type de batterie, le court-circuit interne déclenché par le chauffage du fil de résistance entraîne une augmentation de la température de la batterie, que nous pensons être causée par la chaleur introduite par le chauffage du fil de résistance ;

(2) Au cours du processus de chauffage du fil de résistance, celui-ci apporte beaucoup de chaleur à la batterie adjacente. Si l'espacement entre les modules est faible, il est très probable que la batterie chauffée et la batterie adjacente échappent à tout contrôle, ce qui entraînera l'échec de la simulation du test. Par conséquent, nous pensons que la méthode de pénétration des clous est plus adaptée à la vérification de la sécurité de la batterie 18 650 et de la chaleur incontrôlable du module de batterie carré ;

(3) Lorsque la soupape de sécurité est court-circuitée dans la batterie, elle peut réduire la pression et la température internes de la batterie, empêcher l'emballement thermique de la batterie et jouer un rôle protecteur ;

(4) L'incendie provoqué par la pulvérisation d'électrolyte à grande vitesse n'est pas la cause principale de l'augmentation de la température et de la défaillance des batteries adjacentes.