¿Cuál es el estudio de seguridad térmica de la batería de litio alimentada por material positivo con estructura de espinela?

Resumen: en este artículo, se presenta el estado actual de la investigación de la seguridad térmica de la batería de iones de litio y se enfatiza la investigación sobre la seguridad térmica de la estructura de espinela, material positivo, batería de iones de litio dinámica. La generación de calor superficial de la batería durante la carga y descarga se estudió cuantitativamente mediante el uso de una cámara termográfica infrarroja. Las tendencias de temperatura y voltaje de las celdas de potencia durante cajas calientes, cortocircuitos y acupuntura se prueban mediante dispositivos de prueba de seguridad térmica y otros dispositivos, y finalmente se demuestra que los sujetos son confiables y estables en términos de seguridad térmica. También proporciona una base cuantitativa para la próxima optimización.

Keywords: estructura de espinela; Celdas de energía; Seguridad térmica

El aumento de la contaminación atmosférica y la presión de protección ambiental ha hecho que la gente preste mucha atención al desarrollo de energía eficiente y energéticamente eficiente. Los gobiernos de varios países también han introducido sucesivamente medidas y políticas para promover el desarrollo de industrias relacionadas. En términos de conservación de energía, los vehículos eléctricos han recibido un fuerte apoyo de la gente y el gobierno debido a sus ventajas en términos de contaminación, bajo nivel de ruido y bajo consumo de energía. Como una de las tecnologías clave en los vehículos eléctricos, las baterías de energía se han convertido en un barómetro para el desarrollo de vehículos eléctricos. En el desarrollo de la industrialización de las celdas de energía, las personas no solo prestan atención a la mejora del rendimiento electroquímico de las baterías, sino que también prestan más atención a la confiabilidad del rendimiento de seguridad. Con el excelente desempeño de 50 autobuses olímpicos con baterías de iones de litio de litio y manganeso durante los Juegos Olímpicos, la gente está llena de esperanza y expectativa por el uso generalizado de baterías de iones de litio con materiales positivos de estructura de espinela. Al mismo tiempo, CITIC Guoan Alliance Guli Corporation (MGL) nunca ha dejado de trabajar en la mejora del rendimiento de la seguridad y ha mejorado la seguridad térmica de las baterías a través de varios métodos y procesos. Como resultado, la prueba de rendimiento de seguridad de la batería ha superado la prueba del Laboratorio de Inspección y Supervisión de Calidad de Automóviles del Norte (201) durante cinco años consecutivos.

1 Estado de la investigación

Los factores clave que afectan la seguridad térmica de la batería son los materiales de los electrodos positivos y negativos, el tipo de fluido electrolítico, el diafragma y el diseño de la estructura de la batería. Jinhuifen [1] La estabilidad térmica del sistema LiCoO2 / grafito comercializado se estudió con el ARC (calorímetro acelerado). Los resultados mostraron que el electrodo negativo comenzó a calentarse a 60 ° C, el electrodo positivo comenzó a calentarse a 110 ° C y, finalmente, con el aumento de la presión interna de la batería. Provoca fuga térmica; Tangzhiyuan [2] Este artículo expone cómo estos factores afectan la seguridad térmica de las baterías desde los aspectos de positivo, negativo, electrolito, etc. Autor Chil-HoonDoh [3] En el experimento de seguridad (sobrecarga y acupuntura), los efectos de la temperatura y se proponen las propiedades electroquímicas de las baterías del sistema LiCoO2 / C. Estos se utilizan principalmente para explicar la seguridad de las baterías a través de medios microscópicos. Al mismo tiempo, literatura [4-6] Usando el análisis de elementos finitos y el método de simulación térmica, la seguridad térmica de la celda de reacción es estudiada intuitivamente por la celda completa y la disipación de calor de la batería.

En la actualidad, no existe un estudio macro de la seguridad térmica de las baterías de litio alimentadas con materiales positivos de espinela. En este artículo, la seguridad térmica de la batería de monómero se estudia mediante imágenes térmicas y una prueba cuantitativa de rendimiento de seguridad.

Método de investigación de 2 seguridad térmica

2.1 Materias estudiadas

Este artículo toma como objeto de investigación 100 Ah producidos por MGL

2.2 Métodos de estudio

Los métodos de cálculo e imágenes térmicas se utilizaron para estudiar las propiedades térmicas de las baterías de monómeros.

Durante el proceso de carga y descarga de la batería, la batería se fija en el marco de acero y la superficie de la batería está casi completamente en contacto con el aire y se encuentra en un estado de disipación de calor por convección natural. Los polos positivo y negativo de la batería están conectados al canal del banco de pruebas, como se muestra en la Figura 2. Antes del experimento, la temperatura ambiente se controló a (23 ± 2) ° C, y la batería se colocó en equilibrio con la temperatura ambiente durante mucho tiempo.

Entre ellos, los resultados de la termografía muestran diferentes colores que muestran cambios de temperatura. Las 10 áreas que se muestran en el mapa de temperatura de la superficie de la batería durante la prueba se marcaron con AR1, AR2, AR3, AR4, AR5, AR6, AR7, AR8, AR9 y AR10, respectivamente.

Donde IL es la corriente de trabajo; UL es la tensión de funcionamiento; E0 es la fuerza electromotriz balanceada de la batería, que se aproxima por el voltaje de circuito abierto Uoc al calcular; T es la temperatura de la batería; DE0 / DT es el coeficiente de efecto de temperatura de la fuerza electromotriz equilibrada de la batería; VB es el volumen de la batería. El primer IL (E0-UL) / VB en el lado derecho de la fórmula (1-1) describe la generación de calor debido a la resistencia interna y otros efectos irreversibles de la batería, y el segundo es la generación de calor debido a reacciones electroquímicas dentro de la batería.

Al realizar experimentos de seguridad de la batería (cortocircuito, caja caliente, acupuntura), se utilizan equipos de medición de diseño propio, que incluyen máquinas de control industrial, tarjetas de adquisición de datos, sensores de temperatura, sensores de voltaje y sensores de corriente.

3 Resultados de la investigación

3.1 Capacidad de generación de calor de una sola batería

Se utilizó un equipo de imágenes térmicas para probar el aumento de temperatura de la superficie cuando la batería se cargó con una descarga de corriente de 200 A y una carga de corriente de 100 A

Durante el proceso de descarga de la batería, la temperatura aumenta más rápidamente en el oído polar positivo, seguida por el oído polar negativo. Esto muestra que la oreja polar puede ser la fuente de calor para toda la batería cuando la batería está descargada, especialmente en el caso de una descarga de alta corriente. Una gran cantidad de calor generado en el oído polar se transmitirá al interior de la batería, induciendo una serie de reacciones exotérmicas dentro de la batería, provocando el fallo térmico de la batería; En el proceso de carga, la temperatura en los oídos polares positivo y negativo es más baja que en otras regiones. Dado que el proceso de carga de la batería en sí es un proceso endotérmico, no habrá accidentes de seguridad debido a la gran cantidad de calor generado cuando la operación es razonable.

A lo largo del proceso, en el tiempo de cortocircuito (hay corriente), los puntos de adquisición 3 y 4 muestran diferentes cambios de temperatura, y los cambios de temperatura en los puntos de recolección 1, 2 y 5 son básicamente los mismos. La razón principal de este cambio es que MGL ha mejorado el diseño de su batería para prevenir eficazmente fallas térmicas causadas por el paso de alta corriente. Durante el cortocircuito, la batería no cambia de apariencia. La batería no se ha quemado ni explotado y cumple con los estándares de seguridad.

3.3 Prueba de la caja de calor de las baterías

En el proceso de la caja caliente, el voltaje cambia solo al final de la caja caliente y el voltaje no cambia en otras etapas. En cuanto a la temperatura, la tendencia de cambios en los puntos de recogida es la misma, con una temperatura máxima de 137 ° C.

La batería en la caja de calor solo está detrás del fenómeno de la inflación, sin fuego, sin explosión, de acuerdo con las normas de seguridad nacionales.

3.4 Prueba de acupuntura de baterías

Durante el proceso de acupuntura, el voltaje de la batería disminuyó primero y luego aumentó, y la temperatura en cada punto de recolección aumentó gradualmente. La temperatura máxima alcanzó los 40 ° C. La batería no se incendió y no explotó durante todo el proceso, cumpliendo con las normas de seguridad nacionales.

4.Resumen y perspectivas

Hay muchas razones para los problemas de seguridad de la batería, incluido el abuso (sobrecarga, descarga excesiva, etc.), uso irrazonable y muchos otros factores. Bajo la condición de garantizar el correcto funcionamiento de la batería, mejorar la seguridad térmica de la batería mejorando los materiales y procesos de la batería es una de las formas importantes. En este documento, el análisis cuantitativo de seguridad térmica de la batería mejorada se lleva a cabo para caracterizar objetivamente la generación de calor y las características de seguridad de la batería, y para proporcionar una mejor idea para el siguiente paso para mejorar la seguridad térmica de la batería.

La mejora de la seguridad térmica de la batería es un tema eterno en el proceso de desarrollo de la batería. Con el desarrollo de la tecnología y el avance de la tecnología analógica, el uso integral de métodos de evaluación experimentales y analógicos es una elección inevitable. Esto no es solo desde la perspectiva del ahorro de costos. Es el resultado de una consideración exhaustiva desde la perspectiva de la velocidad de retroalimentación de la información.

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