Каково исследование термобезопасности литиевой батареи с питанием от положительного материала со структурой шпинели?

Аннотация: в данной статье представлен современный статус исследования тепловой безопасности литий-ионной аккумуляторной батареи, и делается акцент на исследования тепловой безопасности литий-ионной аккумуляторной батареи с положительным материалом со шпинельной структурой. Тепловыделение поверхности батареи во время зарядки и разрядки было количественно изучено с помощью инфракрасного тепловизора. Тенденции температуры и напряжения силовых ячеек во время горячих боксов, коротких замыканий и акупунктуры проверяются с помощью устройств для испытаний на тепловую безопасность и других устройств, и наконец доказывается, что объекты являются надежными и стабильными с точки зрения тепловой безопасности. Это также обеспечивает количественную основу для следующей оптимизации.

Ключевые слова: структура шпинели; Ячейки питания; Тепловая безопасность

Рост загрязнения атмосферы и защиты окружающей среды заставил людей обратить пристальное внимание на разработку эффективных и энергоэффективных источников энергии. Правительства различных стран также последовательно вводили меры и политику, способствующие развитию смежных отраслей. Что касается энергосбережения, электромобили получили сильную поддержку со стороны людей и правительства из-за их преимуществ с точки зрения загрязнения окружающей среды, низкого уровня шума и низкого потребления энергии. Как одна из ключевых технологий в электромобилях, силовые батареи стали барометром развития электромобилей. В процессе индустриализации силовых элементов люди не только обращают внимание на улучшение электрохимических характеристик батарей, но также уделяют больше внимания надежности и безопасности. Благодаря отличным характеристикам 50 олимпийских автобусов с литий-ионными батареями с литиево-марганцевым питанием во время Олимпийских игр, люди полны надежд и ожиданий в отношении широкого использования литий-ионных батарей с положительными материалами шпинельной структуры. В то же время CITIC Guoan Alliance Guli Corporation (MGL) никогда не прекращала свою работу по повышению безопасности и улучшала тепловую безопасность батарей с помощью различных методов и процессов. В результате испытание на безопасность аккумуляторной батареи прошло испытание Северной автомобильной лаборатории по надзору и контролю качества (201) в течение пяти лет подряд.

1 Статус исследования

Ключевыми факторами, влияющими на тепловую безопасность батареи, являются материалы положительного и отрицательного электродов, тип электролитической жидкости, диафрагма и конструкция батареи. Jinhuifen [1] Термическая стабильность коммерчески выпускаемой системы LiCoO2 / графит была изучена с помощью ARC (ускоренного калориметра). Результаты показали, что отрицательный электрод начал нагреваться до 60 ° C, положительный электрод начал нагреваться до 110 ° C и, в конечном итоге, с увеличением внутреннего давления батареи. Вызывает тепловой сбой; Tangzhiyuan [2] В этой статье объясняется, как эти факторы влияют на тепловую безопасность батарей с точки зрения положительного, отрицательного, электролитного и т. Д. Автор Chil-HoonDoh [3] В эксперименте по безопасности (перезаряд и иглоукалывание) влияние теплового предложены электрохимические свойства аккумуляторов системы LiCoO2 / C. Они в основном используются для объяснения безопасности батарей с помощью микроскопических средств. В то же время литература [4-6] Используя метод конечных элементов и метод теплового моделирования, тепловая безопасность реакционной ячейки интуитивно изучается с помощью всей ячейки и тепловыделения батареи.

В настоящее время макро-исследования термобезопасности шпинелевых положительных материалов, питаемых литиевыми батареями, отсутствуют. В этой статье тепловая безопасность мономерной батареи изучается с помощью тепловизора и количественного теста характеристик безопасности.

Метод исследования 2 термической безопасности

2.1 Изучаемые предметы

В качестве объекта исследования в данной статье используется 100 Ач производства MGL.

2.2 Методы исследования

Тепловизионные и расчетные методы использовались для исследования тепловых свойств мономерных аккумуляторов.

В процессе зарядки и разрядки аккумулятора аккумулятор закреплен на стальном каркасе, а поверхность аккумулятора почти полностью контактирует с воздухом и находится в состоянии естественного конвекционного рассеивания тепла. Положительный и отрицательный полюса батареи подключены к каналу испытательного стенда, как показано на рисунке 2. Перед экспериментом комнатная температура поддерживалась на уровне (23 ± 2) ° C, и батарея была помещена в равновесие с температура окружающей среды в течение длительного времени.

Среди них результаты тепловизора показывают разные цвета, показывающие изменения температуры. 10 областей, показанных на карте температуры поверхности батареи во время теста, были отмечены как AR1, AR2, AR3, AR4, AR5, AR6, AR7, AR8, AR9 и AR10 соответственно.

Где IL - рабочий ток; UL - рабочее напряжение; E0 - уравновешенная электродвижущая сила батареи, которая при вычислении аппроксимируется напряжением холостого хода Uoc; T - температура аккумулятора; DE0 / DT - коэффициент температурного воздействия сбалансированной электродвижущей силы аккумуляторной батареи; VB - объем батареи. Первый IL (E0-UL) / VB в правой части формулы (1-1) описывает выделение тепла из-за внутреннего сопротивления и других необратимых эффектов батареи, а второй - тепловыделение из-за электрохимических реакций внутри батареи.

При проведении экспериментов по безопасности батарей (короткое замыкание, горячий бокс, иглоукалывание) используется измерительное оборудование собственной разработки, включая промышленные управляющие машины, карты сбора данных, датчики температуры, датчики напряжения и датчики тока.

3 Результаты исследований

3.1 Тепловыделение одной батареи

Тепловизионное оборудование использовалось для проверки повышения температуры поверхности, когда аккумулятор заряжался при токе разряда 200 А и токе заряда 100 А.

Во время процесса разряда батареи температура повышается быстрее всего в положительном полюсе, а затем в отрицательном полюсе. Это показывает, что полярное ухо может быть источником тепла для всей батареи, когда батарея разряжена, особенно в случае сильноточного разряда. Большое количество тепла, выделяемого у полярного уха, будет передаваться внутрь батареи, вызывая серию экзотермических реакций внутри батареи, вызывая термический отказ батареи; В процессе зарядки температура в ушах положительного и отрицательного полюсов ниже, чем в других регионах. Поскольку сам процесс зарядки аккумулятора является эндотермическим процессом, несчастных случаев, связанных с безопасностью, из-за большого количества тепла, выделяемого при разумной работе, не будет.

На протяжении всего процесса во время короткого замыкания (есть ток) точки сбора данных 3 и 4 показывают различные изменения температуры, а изменения температуры в точках сбора данных 1, 2 и 5 в основном одинаковы. Основная причина этого изменения заключается в том, что MGL улучшила конструкцию своей батареи, чтобы эффективно предотвращать тепловые отказы, вызванные прохождением большого тока. На протяжении всего короткого замыкания внешний вид аккумулятора не меняется. Аккумулятор не сгорел и не взорвался и соответствует стандартам безопасности.

3.3 Испытание батарей в тепловом боксе

В процессе работы горячего бокса напряжение изменяется только на конце горячего бокса, а на остальных этапах напряжение не изменяется. Что касается температуры, тенденция изменений в точках сбора такая же, с максимальной температурой 137 ° C.

Батарея в тепловом боксе позади только явление надувания, без пожара, без взрыва, в соответствии с национальными стандартами безопасности.

3.4 Иглоукалывание батареи

Во время процесса иглоукалывания напряжение батареи сначала уменьшалось, а затем увеличивалось, а температура в каждой точке сбора постепенно повышалась. Максимальная температура достигла 40 ° C. Батарея не загорелась и не взорвалась в течение всего процесса, что соответствует национальным стандартам безопасности.

4. Резюме и перспективы

Существует множество причин проблем с безопасностью аккумулятора, включая неправильное использование (перезаряд, чрезмерный разряд и т. Д.), Нецелевое использование и многие другие факторы. При условии обеспечения надлежащей работы батареи повышение термической безопасности батареи за счет улучшения материалов и процессов батареи является одним из важных способов. В этой статье проводится количественный анализ тепловой безопасности улучшенной батареи, чтобы объективно охарактеризовать тепловыделение и характеристики безопасности батареи, а также дать лучшее представление о следующем шаге по повышению термобезопасности батареи.

Повышение термобезопасности аккумуляторов - вечная тема в процессе разработки аккумуляторов. С развитием технологий и развитием аналоговой технологии всестороннее использование экспериментальных и аналоговых методов оценки является неизбежным выбором. Это не только с точки зрения экономии средств. Это результат всестороннего рассмотрения с точки зрения скорости обратной связи информации.

Страница содержит содержимое машинного перевода.