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Test d'emballement thermique des batteries lithium-ion - Partie 1

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Test d'emballement thermique des batteries lithium-ion - Partie 1

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Sur la base de l'expérience des caractéristiques d'emballement thermique des piles au lithium, les caractéristiques d'emballement thermique des ions lithium 18650 avec des charges de 20 %, 30 %, 50 %, 70 % et 100 % ont été résumées, y compris la propagation de l'emballement thermique, le taux de dégagement de chaleur, la température, la perte de masse et le gaz libéré. Analyser les caractéristiques du risque d'emballement thermique des piles au lithium dans le cockpit, la cabine et la soute, ainsi que la capacité des systèmes internes d'extinction d'incendie et de ventilation et d'autres installations à résister aux incendies provoqués par les piles au lithium. Introduire l'expérience d'emballement thermique dans un environnement de vol simulé et changeant, en fournissant une référence pour le développement d'expériences à grande échelle liées aux batteries au lithium.

Les batteries subissent un emballement thermique dû à l'échauffement, aux courts-circuits ou aux collisions avec des forces externes, qui non seulement libère violemment une grande quantité de gaz et de chaleur, mais se propage également facilement d'une batterie à l'autre. Bien que le phénomène d'emballement thermique varie en fonction du type de batterie, il peut être résumé en quatre étapes : tout d'abord, du gaz est alternativement éjecté par les petits trous (l'emballage extérieur est brûlé pour former des petits trous), puis des substances internes émergent des petits trous existants à l'extrémité positive, puis des substances internes sont éjectées, et enfin toutes les substances internes sont éjectées. En position verticale, les explosions sont susceptibles de se produire dans le sens horizontal, et les gaz et les électrolytes sont libérés dans le sens vertical. Les substances éjectées sont principalement du cuivre, du graphite et de l'aluminium.

1 Influence de la quantité de charge sur les caractéristiques de l'emballement thermique

En ce qui concerne l'étude de l'effet de l'état de charge (SOC) sur les caractéristiques d'emballement thermique des batteries lithium-ion, les chercheurs ont constaté que la température d'auto-inflammation de la batterie nickel-cobalt 18650 est d'environ 10 ℃. La stabilité thermique des batteries lithium-ion diminue avec l'augmentation de l'état de charge, et l'effet domino en chaîne de la propagation de l'emballement thermique est vérifié.

Lorsque le SOC de la batterie augmente, la température de départ de l'emballement thermique diminue progressivement, tandis que la température de fin d'emballement thermique augmente d'abord puis diminue, et la perte de masse augmente progressivement. À 50 %, la quantité maximale de gaz de combustion est générée, mais la teneur en CO est relativement faible et les caractéristiques de la combustion en jet de la batterie au lithium-ion sont les plus évidentes

1.1 Transmission de l'emballement thermique

des batteries lithium-ion 18650 avec un SOC de 20 %, 30 %, 50 %, 70 % et 100 % sont divisées en 5 groupes, chacun étant composé de 4 batteries et d'un chauffage cylindrique de 100 W. Il a été constaté que lorsque le SOC est de 20 %, le SOC est de 50 %, 70 % et 100 %. Il a été constaté que lorsque le SOC est de 50 %, les quatre batteries subissent un emballement thermique, avec des températures atteignant plus de 700 ℃ ; lorsque le SOC est de 40 %, deux batteries subissent un emballement thermique ; lorsque le SOC est de 30 %, 70 % et 100 %, une seule batterie perd le contrôle thermique.

1.2 Taux de dégagement de chaleur maximal

Dans l'expérience sur l'influence de l'emballement thermique, le système a été divisé en 5 groupes basés sur des valeurs de SOC de 20 %, 30 %, 50 %, 70 % et 100 %. Le système a été chauffé avec de l'alcool et les variations de la chaleur du système ont été enregistrées à l'aide d'un calorimètre à cône. Le taux de dégagement de chaleur maximal (PHRR) a été déterminé par la relation entre les changements de SOC et le taux de dégagement de chaleur maximal (PHRR). Les résultats montrent que le PHRR augmente avec l'augmentation du SOC, avec un PHRR moyen de 50% et un PHRR minimum de 20%. Lorsque l'emballement thermique se produit, la valeur maximale du PHRR apparaît autour de 50 % du SOC, ce qui est également le plus propice à la propagation de l'emballement thermique entre les batteries et représente le plus grand danger

1.3 Température

Exploration de la relation entre la température et les variations de l'état de charge des batteries lithium-ion 18650 au cours des différents stades de l'emballement thermique par le biais d'expériences de mesure de la température. L'expérience a révélé que la température T pendant le premier dégagement de gaz dû à l'emballement thermique était indépendante du SOC et restait autour de 200 ℃ ; la température T2 pendant le deuxième dégagement de gaz est également indépendante du SOC, à environ 260 ℃. La température la plus élevée T MAX pendant tout le processus d'emballement thermique augmente avec l'augmentation du SOC. À 0 %, la température maximale est d'environ 600 ℃, et à 100 %, la température maximale dépasse 1000 ℃.

1.4 Perte de qualité

Exploration de la perte de masse pendant le processus d'emballement thermique dans l'expérience de perte de masse de l'emballement thermique. Après le premier dégagement de gaz, la perte de masse est d'environ 2 à 3 g, et après le second dégagement de gaz, la perte de masse est d'environ 17 g. La durée totale des deux dégagements est d'environ 2 secondes. La durée totale des deux dégagements est d'environ 2 secondes. En explorant la relation entre la loi de variation de la perte de masse de l'emballement thermique et le SOC, il a été constaté que la masse m après la première libération de gaz de l'emballement thermique ne change pas avec la variation du SOC, et la perte de masse pendant cette étape est une valeur constante ; La masse m2 après la deuxième libération de gaz diminue avec l'augmentation du SOC. La perte de masse de la batterie pendant tout le processus d'emballement thermique montre une tendance à l'augmentation avec l'augmentation du SOC. Pour un même SOC, la perte de masse due à l'emballement thermique est une fonction linéaire de la capacité de stockage. Plus la capacité de stockage est grande, plus la perte de masse due à l'emballement thermique est importante.

1.5 Dégagement de gaz

Dans l'expérience sur les risques de dégagement de gaz, 400 batteries lithium-ion 18650 avec un état de charge de 50 % ont été placées dans une chambre à pression de 10 mètres carrés pour subir un emballement thermique. La pression mesurée a montré que la pression maximale qu'elles pouvaient générer était de 193,1 kPa. Lorsqu'une seule batterie perd son contrôle thermique, environ 6 litres de gaz inflammable peuvent être libérés en l'espace de 3 secondes. La quantité totale de gaz libéré et la loi de chaque composant augmentant avec l'augmentation du SOC sont obtenues.

La composition du gaz peut varier en fonction du type de batterie. Effectuer des essais de pression dans la soute 737. Mesurer la pression générée par l'inflammation du gaz libéré par l'emballement thermique de la batterie au lithium dans la soute 737 à un état environnemental réel de 70 % de la capacité de chargement. Les résultats indiquent que lorsque le gaz libéré par l'emballement thermique des batteries lithium-ion 18650 avec 8 SOC de 50 % ou 3 SOC de 100 % est enflammé, la fumée des flammes et la pression générée provoquent la défaillance du système d'extinction d'incendie dans la soute.