锂电池生产厂家来说说锂电池安全测试哪些事儿

2020-09-03 10:59 ryder

锂离子电池的安全性是咱们需求优先考虑的问题,特别是在乘用车等关系到咱们生命财产安全的领域,安全更是重中之重。为了保证锂离子电池的安全性,人们设计了多种安全性测验保证锂离子电池在乱用的情况下的安全性,因而如何经过电池结构设计保证锂离子电池可以经过安全性测验,然后保证在使用中的安全性,就是需求咱们考虑的问题。
 
针对锂离子电池在实际使用中或许遇到安全风险,咱们设计了揉捏、针刺、短路、过充和过放、高低温等安全性测验。在很多的安全性测验中,模拟锂离子电池发生内短路和外短路的揉捏、针刺和外短路测验是最为惯例,也是最难经过的安全性测验。究其原因,主要还是因为这两种安全性测验中瞬时电流过大,因为欧姆阻抗等要素使得锂离子电池内部段时间内发生很多的热量,遭到锂离子电池结构的约束,这些热量无法快速分散到电池外部,导致锂离子电池温度过高,然后引发活性物质和电解液的分解燃烧,导致热失控。
 
以电动汽车上常见的方形电池为例,因为结构设计的原因,在电池各个部分发生的热量分散的速度是不一样的,因而会在电池的平面方向和厚度方向上发生明显的温度梯度,特别是在大电流时,因为电池内部,特别是电芯中心位置发生的热量无法很好的分散出去,因而电芯内部的温度会急剧的升高,然后引发安全性问题。
 
在揉捏测验中,跟着电池变形程度的添加,正负极集流体会首先被撕裂,并沿着45度失效线发生滑移,活性物质也会进入到45度失效线内,跟着隔阂变形程度的不断添加,隔阂终究达到失效点,引起正负极短路的发生,揉捏形成的正负极短路主要是以点状短路为主,因而会在短路点发生非常大的电流,热量会集开释,引起短路点的温度急剧上升,因而很容易引发热失控。
针刺试验也是用于模拟锂离子电池内短路的一种方法,其基本原理是使用一根金属针,以一定的速度缓慢的刺进到锂离子电池的内部,然后引起锂离子电池内部短路,此刻整个锂离子电池的电量都在经过短路点进行开释,相关研讨显现在内短路发生时,最多会有70%左右的能量在60s内经过短路点开释,这部分热量终究都转换为热能,因为生成的热量无法及时的分散,然后使的短路点瞬间的温度可达到1000 ℃以上,然后引发热失控。
相比于上述的揉捏和针刺试验,外短路测验则显得先对比较温和。外短路测验是将锂离子电池衔接一个定值电阻上,锂离子电池的电量经过电阻进行开释。依据定值电阻的巨细可以操控短路电流的巨细,从数十安到数百安,乃至是数千安,因为大电流会在锂离子电池内短时间内积累很多的热量,或许会引发锂离子电池热失控。
 
能否经过短路测验主要遭到短路电流巨细的影响,短路电流越大,则锂离子电池热量发生的速度也就越快,而锂离子电池热量分散速度不会有太大的改变,因而也就意味着在锂离子电池内部积累更多的热量,温度上升更多,或许导致隔阂缩短,正负极短路等严峻的问题,继而引起锂离子电池热失控。
影响锂离子电池短路电流的要素主要是短路电阻的阻值,其次还遭到锂离子电池内阻和荷电状况等要素的影响,荷兰的Akos Kriston等人经过对多种锂离子电池进行研讨后发现,在锂离子电池短路的过程中,电流改变主要分为一下几个部分,区域1电池的放电电流可达274C,这一部分主要由锂离子电池的双电层和分散层放电驱动,在区域2中,锂离子电池的放电倍率可达50-60C,这一部分电流的主要约束要素为物质分散,因为热量的积累,在此区域内或许发生电池的热失控。在区域3中,跟着驱动力的下降,电池的放电电流也在逐渐下降【6】。
Akos Kriston的研讨发现,影响短路测验成果的主要要素是短路电阻阻值和锂离子电池的内阻的份额,这乃至要比锂离子电池内阻和电池的荷电状况对试验成果的影响还要大。可以看到,短路电阻的阻值与锂离子电池越挨近,锂离子电池就越容易发生热失控,只有当短路电阻的阻值是锂离子电池内阻的9-12倍以上时,锂离子电池才能经过短路安全测验。其实这也不难理解,在短路放电的过程中,热量主要由外电路的短路电阻和电池内阻发生,依据焦耳热的公式P=I2R,在电流相同的情况下,发热功率与电阻程正比,在电池能量一定的情况下,阻值大的部分天然也就会发生更多的热量。
从上述剖析中不难看出,影响锂离子电池安全测验成果的要素从本质上来讲主要是产热速率和散热速率,经过安全维护设计等手法,下降安全测验过程中的产热速率,或许在必要情况下,切段电流,阻挠继续产热都可以有用的防止锂离子电池发生热失控。其次是进步锂离子电池的散热速率,经过锂离子电池结构设计,进步散热速率,可以有用的防止锂离子电池温度过高,特别是在电池组级别上,需求配备相应的散热手法,在部分锂离子电池发生热失控时,可以快速散热保证不引起连锁反应。

 

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