Тепловой разгон литий-ионных аккумуляторов происходит по нескольким причинам, что также может привести к самым разным худшим результатам. В этом методе мы пытаемся смоделировать катастрофическую опасность в одной клетке, и было показано, что протокол обеспечивает согласованность результатов для моделирования типа опасности, которую мы хотим создать. Основное преимущество этой процедуры испытаний заключается в том, что она измеряет различные параметры in situ в одном единственном тесте.
Данные о времени всесторонне характеризуют переходное событие теплового разгона и возгорания литий-ионного аккумулятора. Этот эксперимент требует синхронизации сбора данных со многих датчиков, FDIR и видеозаписи. Оператор должен следовать стандартной рабочей процедуре, чтобы шаг за шагом правильно управлять несколькими устройствами.
Это обеспечивает успех экспериментов с последовательными результатами и без потенциальной опасности для персонала и устройств. Продемонстрируют процедуру Пушкал Каннан, студент приват-доцента, и доктор Анкит Шарма, научный сотрудник моей лаборатории. Для начала установите новый или чистый фильтр в блок клапана фильтра.
Откройте клапан баллона с азотом, подключенного к газоанализатору, и отрегулируйте расход азота до 150-250 кубических сантиметров в минуту. При подготовке ячейки измерьте начальное напряжение и массу ячейки с точностью до 0,01 грамма и запишите их в лист журнала эксперимента. Прикрепите нагревательную ленту к центру ячейки.
Убедитесь, что провода нагревательной ленты направлены на отрицательную сторону ячейки. Сфотографируйте клетку с помощью скотча. Прикрепите три термопары к поверхности ячейки, одну возле положительной клеммы, одну посередине и одну внизу возле отрицательной клеммы ячейки с помощью термостойкой ленты.
Используйте термопару рядом с положительной клеммой для управления скоростью нагрева с помощью пропорциональной интегральной производной или PID. Все три термопары должны располагаться на расстоянии пяти миллиметров от края нагревательной ленты. Сфотографируйте ячейку линейкой, чтобы подтвердить расстояние от нагревательной ленты.
Точечно приварите никелевые язычки к положительной и отрицательной клеммам ячейки для измерения напряжения ячейки, затем загрузите ячейку на держатель ячейки. Поместите ячейку и держатель ячейки на баланс масс в камере. Подсоедините разъемы термопары, нагревательную ленту и никелевые язычки к проходным заглушкам и проводам камеры.
Включите ПИД-регулятор нагревательной ленты и настройте профиль нагрева. Подключите кабели для ПИД-регулятора, сбора данных и баланса массы к ноутбуку и запустите программу сбора данных на ноутбуке. Убедитесь, что все показания датчиков, показанные в программе сбора данных, являются разумными.
Проверив измерения, выключите программу сбора данных. Отрегулируйте параметры видеокамеры переднего и бокового обзора, ручной баланс белого, ручную фокусировку, автоматическую экспозицию, автоматическую диафрагму и автоматическую выдержку. Убедитесь, что батарея видеокамеры полностью заряжена.
Установите видеокамеру переднего вида на штатив снаружи камеры, начните запись на видеокамеру бокового вида и поместите ее в защитный ящик в камере. Проверив угол наклона и вид видеокамеры бокового обзора, заблокируйте защитный ящик. Закройте камеру и убедитесь, что все винты на крышках плотно закручены.
Используйте вакуумный или мембранный насос для проверки герметичности и замените впуск FTIR с окружающего воздуха на камеру. Затем подключите обратную линию FTIR к камере. Установите ПИД-регулятор в режим замачивания рампы и выключите свет в комнате и светодиодную подсветку в камере.
Запустите запись видеокамеры переднего вида, а затем запишите следующий процесс запуска, чтобы синхронизировать сбор данных и запись видео. Запустите программу записи данных и сбора данных на ноутбуке. Запустите режим замачивания ПИД-рампы через 10 секунд на таймере программы сбора данных, включите светодиодный индикатор камеры и начните запись FTIR.
Установите видеокамеру переднего вида на штатив и продолжайте запись эксперимента. Переместитесь в другую комнату и продолжите наблюдение за панелью сбора данных на ноутбуке с помощью программы удаленного рабочего стола. При тепловом разгоне или после того, как ПИД-регулятор поддерживал температуру ячейки на уровне 200 градусов Цельсия в течение 60 минут, выключите питание нагревательной ленты и переведите ПИД-регулятор в режим ожидания.
Завершите эксперимент и запись данных, когда все три показания термопары станут ниже 40 градусов по Цельсию. Продуйте газоанализатор FTIR азотом, чтобы очистить трубку в анализаторе в течение примерно 15 минут. После продувки остановите измерение FTIR.
Перед процедурой уборки камеры пылесосом проверьте, закрыта ли линия забора проб FTIR или открыта для окружающего воздуха. Выберите окружающий воздух в программном обеспечении Protea Analyser или программном обеспечении PAS-Pro или полностью выключите FTIR. Откройте первый клапан, чтобы подготовиться к частичному вакуумированию камеры с помощью химически стойкого мембранного насоса, и запустите мембранный насос до тех пор, пока давление в камере не упадет до 9,7 фунтов на квадратный дюйм.
Выключите мембранный насос и закройте первый клапан, затем откройте третий клапан, чтобы заполнить камеру окружающим воздухом. Закройте третий клапан, когда давление в камере восстановится до давления окружающей среды. После снижения концентрации токсичных газов путем частичного вакуумирования камеры с помощью мембранного насоса запустите роторный венозный насос до тех пор, пока давление в камере не упадет до 4.7 фунтов на квадратный дюйм в абсолютном выражении, чтобы удалить остальные токсичные газы.
Откройте камеру и извлеките видеокамеру и ячейку. Делайте фотографии до, во время и после снятия ячейки с держателя ячейки. Взвесьте клетку и запишите массу ячейки после теста.
Наконец, проведите постобработку собранных данных и создайте графики для визуализации временной эволюции всех измерений. На этом рисунке показаны данные о температуре и потере массы ячейки, полученные для цилиндрической ячейки 18650 при 75%-ном состоянии заряда. Потеря массы указывает на два различных периода выделения газа, один во время вентиляции ячейки, а другой во время теплового разгона.
Здесь показаны концентрации основных углеводородных и токсичных газов. Записанный ток и напряжение, подаваемые на нагревательную ленту, могут быть использованы для расчета потребляемой мощности ячейки. Здесь представлены репрезентативные данные по напряжению и току, подаваемым на нагревательную ленту, и расчетная энергия и мощность, подаваемые на нагревательную ленту.
Наиболее важным фактором здесь является обеспечение безопасности во время и после каждого эксперимента. Эксперимент должен предотвратить внешнее короткое замыкание испытательной ячейки. И другие критические факторы подтверждают, что SoC ячейки и скорости нагрева проверяются на правильность перед тестом.
Также очень важно полностью герметизировать камеру, чтобы ограничить выхлоп токсичных газов, и точно следовать процедуре очистки, чтобы безопасно удалить газы. Процедура испытаний может быть расширена для изучения применения огня в различных форматах и модулях ячеек, что способствует нашему пониманию теплового разгона и образования накипи при возгорании батареи в многоэлементных батареях. Исчерпывающие данные о временных результатах, собранные в ходе этой процедуры испытаний, позволяют разрабатывать будущие модели и теории литий-ионных аккумуляторов.
Это также поможет понять, как масштабируется огонь батареи.
