Il runaway termico nelle batterie agli ioni di litio si verifica a causa di diverse cause, che possono anche portare a risultati peggiori molto diversi. In questo metodo, stiamo cercando di simulare un pericolo catastrofico in una singola cellula e il protocollo ha dimostrato di fornire coerenza nei risultati per la simulazione del tipo di pericolo che vogliamo creare. Il vantaggio principale di questa procedura di prova è che misura vari parametri in situ in un singolo test.
I dati sui risultati temporali caratterizzano in modo completo l'evento transitorio di esaurimento termico e incendi della batteria agli ioni di litio. Questo esperimento richiede una sincronizzazione dell'acquisizione dei dati da molti sensori, FDIR e registrazione video. L'operatore deve seguire la procedura operativa standard per utilizzare correttamente più dispositivi passo dopo passo.
Ciò garantisce il successo degli esperimenti con risultati coerenti e senza potenziali pericoli per il personale e i dispositivi. A dimostrare la procedura saranno Pushkal Kannan, uno studente PD, e il Dr.Ankit Sharma, un ricercatore post-dottorato del mio laboratorio. Per iniziare, installare un filtro nuovo o pulito nell'unità della valvola del filtro.
Aprire la valvola della bombola di azoto collegata all'analizzatore di gas e regolare la portata dell'azoto da 150 a 250 centimetri cubici al minuto. Con una preparazione della cella, misurare la tensione iniziale e la massa della cella con una precisione di 0,01 grammi e registrarli sul foglio di registro dell'esperimento. Attaccare un nastro riscaldante al centro della cella.
Assicurarsi che i fili del nastro riscaldante puntino verso il lato negativo della cella. Scatta una foto della cella con il nastro adesivo. Attaccare tre termocoppie alla superficie della cella, una vicino al terminale positivo, una al centro e una in basso vicino al terminale negativo della cella utilizzando nastro resistente alle alte temperature.
Utilizzare la termocoppia vicino al terminale positivo per controllare la velocità di riscaldamento attraverso la derivata integrale proporzionale, o PID. Tutte e tre le termocoppie devono essere posizionate a cinque millimetri di distanza dal bordo del nastro riscaldante. Scatta una foto della cella con un righello per confermare la distanza dal nastro riscaldante.
Saldare a punti le linguette di nichel ai terminali positivo e negativo della cella per la misurazione della tensione della cella, quindi caricare la cella sul supporto della cella. Posizionare la cella e il supporto della cella sulla bilancia di massa nella camera. Collegare i connettori della termocoppia, il nastro riscaldante e le linguette di nichel alle spine e ai fili passanti della camera.
Accendere il controller PID per il nastro riscaldante e impostare il profilo di riscaldamento. Collegare i cavi per il controller PID, l'acquisizione dei dati e il bilanciamento di massa a un laptop e avviare il programma di acquisizione dati sul laptop. Assicurarsi che tutte le letture del sensore mostrate nel programma di acquisizione dati siano ragionevoli.
Dopo aver controllato le misurazioni, disattivare il programma di acquisizione dati. Regolare le impostazioni della videocamera frontale e laterale, il bilanciamento del bianco manuale, la messa a fuoco manuale, l'esposizione automatica, il diaframma automatico e la velocità dell'otturatore automatico. Assicurarsi che la batteria della videocamera sia piena.
Posizionare il camcorder per la visione frontale su un treppiede all'esterno della camera, avviare la registrazione sul camcorder con vista laterale e posizionarlo all'interno di una scatola di protezione nella camera. Dopo aver controllato l'angolazione e la visuale della videocamera laterale, bloccare la scatola di protezione. Chiudere la camera e assicurarsi che tutte le viti sulle piastre di copertura siano ben fissate.
Utilizzare la pompa a vuoto o a membrana per eseguire un controllo delle perdite e cambiare l'aspirazione FTIR dall'aria ambiente alla camera. Quindi collegare la linea di ritorno FTIR alla camera. Impostare il controller PID sulla modalità di immersione rampa e spegnere la luce nella stanza e la luce LED nella camera.
Avviare la registrazione della videocamera con vista frontale, quindi registrare il seguente processo di avvio per sincronizzare l'acquisizione dei dati e la registrazione video. Avviare la registrazione dei dati e il programma di acquisizione dati sul laptop. Avviare la modalità di immersione della rampa PID a 10 secondi sul timer del programma di acquisizione dati, accendere la luce LED della camera e avviare la registrazione FTIR.
Posizionare la videocamera frontale sul treppiede e continuare a registrare l'esperimento. Spostarsi in un'altra stanza e continuare a monitorare il pannello di acquisizione dati sul laptop tramite un programma desktop telecomandato. Quando si verifica il runaway termico o dopo che il controller PID ha mantenuto la temperatura della cella a 200 gradi Celsius per 60 minuti, spegnere il nastro riscaldante e impostare il controller PID in modalità standby.
Terminare l'esperimento e la registrazione dei dati quando tutte e tre le letture della termocoppia diventano inferiori a 40 gradi Celsius. Spurgare l'analizzatore di gas FTIR con azoto per pulire il tubo nell'analizzatore per circa 15 minuti. Dopo lo spurgo, interrompere la misurazione FTIR.
Prima della procedura di aspirazione della pulizia della camera, verificare se la linea di aspirazione del campionamento FTIR è chiusa o aperta all'aria ambiente. Selezionare l'aria ambiente sul software Protea Analyser o PAS-Pro o spegnere completamente l'FTIR. Aprire la valvola uno per prepararsi a aspirare parzialmente la camera utilizzando la pompa a membrana resistente alle sostanze chimiche e far funzionare la pompa a membrana fino a quando la pressione della camera scende a 9,7 libbre per pollice quadrato assoluto.
Spegnere la pompa a membrana e chiudere la valvola uno, quindi aprire la valvola tre per riempire la camera con aria ambiente. Chiudere la valvola tre quando la pressione della camera ritorna alla pressione ambiente. Dopo aver abbassato la concentrazione di gas tossici aspirando parzialmente la camera con la pompa a membrana, far funzionare una pompa venosa rotativa fino a quando la pressione della camera scende a 4,7 libbre per pollice quadrato assoluto per rimuovere il resto dei gas tossici.
Aprire la camera e recuperare la videocamera e la cella. Scatta foto prima, durante e dopo aver tolto la cella dal supporto della cella. Pesare la cella e registrare la massa post-test della cella.
Infine, post-elaborare i dati raccolti e generare grafici per visualizzare l'evoluzione temporale di tutte le misurazioni. I dati relativi alla temperatura della cella e alla perdita di massa ottenuti per una cella cilindrica 18650 allo stato di carica del 75% sono mostrati in questa figura. La perdita di massa indica due distinti periodi di rilascio di gas, uno durante lo sfiato della cella e l'altro durante il runaway termico.
Le concentrazioni delle principali specie di idrocarburi e gas tossici sono mostrate qui. La corrente e la tensione registrate fornite al nastro riscaldante possono essere utilizzate per calcolare la potenza in ingresso alla cella. I dati rappresentativi per la tensione e la corrente fornite al nastro riscaldante e l'energia e la potenza calcolate fornite al nastro riscaldante sono presentati qui.
Il fattore più importante qui è garantire la sicurezza durante e dopo ogni esperimento. L'esperimento deve evitare un cortocircuito esterno della cella di prova. E gli altri fattori critici stanno confermando che il SoC della cella e le velocità di riscaldamento sono verificati per essere corretti prima del test.
È inoltre fondamentale sigillare completamente la camera per confinare lo scarico dei gas tossici e seguire esattamente la procedura di pulizia per rimuovere i gas in modo sicuro. La procedura di prova può essere estesa per studiare l'applicazione del fuoco in diversi formati e moduli di celle, migliorando la nostra comprensione del runaway termico e del ridimensionamento del fuoco delle batterie nelle batterie multi-cella. I dati completi sui risultati temporali raccolti in questa procedura di prova consentono lo sviluppo di modelli e teorie futuri delle batterie agli ioni di litio.
Aiuterà anche a capire come si espande il fuoco della batteria.
