Test d'écrasement d'une batterie Li-ion - Partie 2

Test d'écrasement d'une batterie Li-ion - Partie 2

2.1 Préparation du test

Les batteries cylindriques et carrées sont couramment utilisées comme piles électriques. L'objet de recherche de cet article est une pile carrée, qui est principalement composée d'une électrode positive en nickel, cobalt et manganèse et d'un système de matériaux chimiques d'électrode négative en graphite. Taille de la pile simple : X Y Z=L x L x H=27 mm x 148 mm x 94 mm, tension nominale : 3,7 V, capacité nominale : 37 Ah. La batterie unique est disposée dans le module sous la forme d'une superposition le long de la direction de la largeur (direction X) de la batterie unique. Dans le présent document, la définition de la direction d'écrasement du module est cohérente avec celle du monomère, et le monomère et le module de la batterie sont illustrés à la figure 3. Le déplacement, la charge, la tension, les données de température et les données vidéo du processus d'écrasement ont été recueillis en extrudant la cellule et le module avec le pénétrateur, et les résultats des essais ont été analysés.

2.2 Résultats de l'essai d'écrasement de la cellule

L'essai d'écrasement XYZ du noyau électrique a été effectué dans ces trois directions et a permis de comparer la rigidité des trois directions, comme le montre la figure 4.

La rigidité du noyau électrique dans la direction X est la plus grande et il peut supporter une force d'écrasement plus importante pour une même déformation. Les directions Y et Z sont relativement faibles. Le Shenxin est généralement disposé en série dans la direction X dans le module. Lorsque le véhicule subit un impact latéral, le noyau électrique est comprimé et déformé principalement dans les directions X et Y.

Afin de déterminer le point critique de l'endommagement et de la fissuration de la coque sous l'effet de l'écrasement du noyau électrique, l'essai d'écrasement est effectué dans la direction Y du noyau électrique. Chaque groupe d'essais a été extrudé trois fois et la vitesse d'écrasement était de 0,2 mm/s.

Dans le premier groupe d'essais, le monomère est chargé en continu jusqu'à ce que la batterie perde le contrôle de la chaleur et que l'état de charge (SOC) de la batterie soit de 100 % ;

Le deuxième groupe d'essais vise à déterminer le point critique de fissuration de l'enveloppe de la batterie. Pour faciliter l'observation, la batterie est déchargée et chargée de 3 mm à chaque fois en sections en même temps, et chaque section est maintenue pendant 200 secondes ;

Le troisième groupe d'essais a été chargé en continu jusqu'à la valeur critique de fissuration de la coque, puis laissé en attente afin d'analyser s'il existe un risque d'emballement thermique. Le premier groupe de noyaux d'essai est chargé en continu jusqu'à la rupture par écrasement, comme le montre la figure 5.

L'analyse comparative des essais montre qu'il existe une incertitude quant au mode de défaillance de l'écrasement du noyau électrique.

Dans l'essai d'écrasement, le mode de défaillance du noyau électrique est le suivant : la coque est extrudée et endommagée, sans incendie ni explosion ; la coque est extrudée sans dommage, mais une fumée ou une explosion se produit ; la coque est écrasée et endommagée, ce qui provoque un incendie et une explosion.

Les figures 6 et 7 montrent la déformation par écrasement de l'enveloppe du noyau électrique après les essais des deuxième et troisième groupes. La figure 6 montre que le côté négatif du noyau électrique s'est fissuré, alors que le côté positif ne s'est pas fissuré ;

Lorsque le premier déplacement d'écrasement est de 12 mm, le côté négatif se fissure, mais pas le côté positif. L'analyse du deuxième groupe d'essais a permis de déterminer à titre préliminaire que la coque est endommagée et fissurée sous l'effet de l'écrasement du noyau électrique

La valeur critique est de 12 mm. La figure 7 montre que lorsque le déplacement d'écrasement mesuré était de 12 mm, les trois noyaux d'essai n'ont pas subi de rupture de la coque et n'ont pas subi d'incendie ou d'explosion. Après l'essai, les noyaux mesurés se sont comportés normalement après une période de repos de 24 heures.

Ce groupe d'essais a permis de vérifier que la valeur critique de la rupture par écrasement de ce type de noyau électrique peut être déterminée à 12 mm. L'analyse de trois groupes d'essais a permis de constater que le point critique du mode de défaillance de l'endommagement et de la fissuration de l'enveloppe du noyau électrique est de 12 mm, ce qui est inférieur à la valeur limite, de sorte que le risque de fissuration de l'enveloppe est faible et qu'il n'y a pas d'incendie ni d'explosion ;

Si la valeur limite est dépassée, il n'est pas certain que l'enveloppe du cœur soit endommagée ou fissurée, ce qui présente toujours un risque élevé pour la sécurité ; l'incertitude de la défaillance du cœur électrique causée par l'incendie et l'explosion est grande et les modes de défaillance ne sont pas cohérents. Par conséquent, on peut déterminer que la tolérance aux dommages de la cellule est de 12 mm, et que les conditions de fonctionnement de l'écrasement sont relativement stables au cours de l'essai. Cependant, les conditions dans lesquelles la batterie est extrudée dans l'application réelle sont différentes. Considérant qu'une certaine marge de sécurité est réservée, la tolérance aux dommages de ce type de cellule est déterminée comme étant de 10 mm.

2.3 Résultats de l'essai d'écrasement du module

Le module est soumis à un essai d'écrasement dans la direction X Y respectivement. La vitesse de chargement est de 0,2 mm/s. Lors de l'essai, le module est en pleine puissance, c'est-à-dire que le SOC du module est de 100 %. Les directions X et Y correspondent aux performances d'écrasement en cas d'impact latéral du véhicule. Répéter l'essai d'écrasement trois fois dans deux directions d'écrasement pour s'assurer de l'efficacité de l'essai.

La figure 8 montre l'état d'écrasement du module dans différentes directions.

La figure 9 montre le processus d'écrasement du module dans les directions X et Y. Par comparaison, le processus d'emballement thermique causé par l'écrasement du module dans différentes directions est le suivant : le module de la batterie se déforme au stade initial, et de la fumée ou des étincelles apparaissent lorsque les dommages internes de la batterie augmentent avec la charge d'écrasement, ce qui provoque ensuite un incendie et une explosion.

La figure 10 montre les courbes de changement de température et de tension du module dans les directions X et Y pendant l'écrasement. Les modules M2 (écrasement dans le sens X) et M4 (écrasement dans le sens Y) sont pris comme exemples pour l'analyse.

Dans la figure 10 x direction , pendant 0~400s, le module est progressivement déformé en raison de l'écrasement, et la température et la tension du module restent stables ; Lorsque la charge atteint 400s, la tension commence à chuter à 0 V, et la température augmente de 26 ℃ à 156 ℃, à ce moment, le module de batterie commence à fumer ; Avec l'augmentation supplémentaire de la force d'écrasement, la température augmente à 500 ℃, puis le module de batterie s'enflamme et explose.

Sur la figure 10 y, la tension et la température du module sont relativement stables entre 0 et 300s. Lorsque la température augmente de 300s à 550 ℃, le module s'enflamme et explose, et la tension chute à 0V. La comparaison et l'analyse des courbes de température et de tension révèlent également que l'emballement thermique est plus susceptible de se produire dans l'écrasement des modules dans la direction Y.

D'après la courbe de charge de déplacement, la courbe de tension et la courbe de température recueillies lors du test, la distance d'écrasement lorsque le module de batterie se rompt dans les directions XY 2 est analysée. Dans la direction X, la distance d'écrasement est de 40 mm, 42 mm et 30 mm respectivement lorsque les modules M1, M2 et M3 se rompent. Lorsque les modules M4, M5 et M6 se rompent, le déplacement de l'écrasement est respectivement de 21 mm, 15 mm et 24 mm. La comparaison permet de constater que, par rapport à la direction X, la direction Y du module est plus sujette à la rupture après l'extrusion.