Lityum-iyon pillerdeki termal kaçak, çeşitli nedenlerden dolayı ortaya çıkar ve bu da çok farklı en kötü durum sonuçlarına neden olabilir. Bu yöntemde, tek bir hücrede felaket tehlikesini simüle etmeye çalışıyoruz ve protokolün, oluşturmak istediğimiz tehlike türünün simülasyonu için sonuçlarda tutarlılık sağladığı gösterilmiştir. Bu test prosedürünün temel avantajı, tek bir testte çeşitli parametreleri yerinde ölçmesidir.
Zaman sonucu verileri, lityum-iyon pilin geçici olayını, termal kaçak ve yangınları kapsamlı bir şekilde karakterize eder. Bu deney, birçok sensörden, FDIR'den ve video kaydından veri toplamanın senkronizasyonunu gerektirir. Operatör, birden fazla cihazı adım adım doğru bir şekilde çalıştırmak için standart çalışma prosedürünü izlemelidir.
Bu, tutarlı sonuçlarla ve personel ve cihazlar için potansiyel tehlikeler olmadan deneylerin başarısını sağlar. Prosedürü gösteren, PD öğrencisi Puşkal Kannan ve laboratuvarımdan doktora sonrası araştırmacı Dr. Ankit Sharma olacak. Başlamak için, filtre valfi ünitesine yeni veya temiz bir filtre takın.
Gaz analizörüne bağlı azot silindirinin valfini açın ve azot akış hızını dakikada 150 ila 250 santimetreküp olarak ayarlayın. Bir hücre hazırlığı ile, hücrenin başlangıç voltajını ve kütlesini 0.01 gram hassasiyetle ölçün ve bunları deney kayıt kağıdına kaydedin. Hücrenin ortasına bir ısıtma bandı takın.
Isıtma bandı tellerinin hücrenin negatif tarafına doğru işaret ettiğinden emin olun. Bantla hücrenin resmini çekin. Hücre yüzeyine, biri pozitif terminalin yakınında, biri ortada ve biri de yüksek sıcaklığa dayanıklı bant kullanarak hücrenin negatif terminalinin yakınında altta olmak üzere üç termokupl takın.
Isıtma hızını orantılı integral türev veya PID ile kontrol etmek için pozitif terminalin yakınındaki termokuplları kullanın. Her üç termokupl da ısıtma bandının kenarından beş milimetre uzağa yerleştirilmelidir. Isıtma bandından uzaklığı doğrulamak için hücrenin resmini cetvelle çekin.
Hücre voltajı ölçümü için hücrenin pozitif ve negatif terminallerine nikel tırnaklarını spot kaynak yapın, ardından hücreyi hücre tutucusuna yükleyin. Hücreyi ve hücre tutucuyu odadaki kütle dengesine yerleştirin. Termokupl konektörlerini, ısıtma bandını ve nikel tırnaklarını hazne besleme tapalarına ve tellerine bağlayın.
Isıtma bandı için PID kontrol cihazını açın ve ısıtma profilini ayarlayın. PID denetleyicisi, veri toplama ve kütle dengesi kablolarını bir dizüstü bilgisayara bağlayın ve dizüstü bilgisayarda veri toplama programını başlatın. Veri toplama programında gösterilen tüm sensör okumalarının makul olduğundan emin olun.
Ölçümleri kontrol ettikten sonra veri toplama programını kapatın. Ön ve yan görünümlü video kamera ayarlarını, manuel beyaz dengesini, manuel netlemeyi, otomatik pozlamayı, otomatik irisi ve otomatik enstantane hızını ayarlayın. Video kameranın pilinin dolu olduğundan emin olun.
Ön görüş video kamerasını odanın dışındaki bir tripoda yerleştirin, yandan görünümlü video kamerada kayıt yapmaya başlayın ve haznedeki bir koruma kutusunun içine yerleştirin. Yandan görünümlü video kamera açısını ve görünümünü kontrol ettikten sonra koruma kutusunu kilitleyin. Odayı kapatın ve kapak plakalarındaki tüm vidaların sıkıca tutturulduğundan emin olun.
Sızıntı kontrolü yapmak için vakum veya diyafram pompasını kullanın ve FTIR girişini ortam havasından odaya değiştirin. Ardından FTIR dönüş hattını odaya bağlayın. PID kontrol cihazını rampa ıslatma moduna ayarlayın ve odadaki ışığı ve odadaki LED ışığını kapatın.
Önden görünümlü video kamera kaydını başlatın ve ardından veri toplama ve video kaydını senkronize etmek için aşağıdaki başlatma işlemini kaydedin. Dizüstü bilgisayarda veri kaydını ve veri toplama programını başlatın. Veri toplama programı zamanlayıcısında PID rampa ıslatma modunu 10 saniyede başlatın, oda LED ışığını açın ve FTIR kaydını başlatın.
Önden görünümlü video kamerayı tripod üzerine yerleştirin ve denemeyi kaydetmeye devam edin. Farklı bir odaya geçin ve uzaktan kumandalı bir masaüstü programı aracılığıyla dizüstü bilgisayardaki veri toplama panelini izlemeye devam edin. Termal kaçak meydana geldiğinde veya PID denetleyicisi hücre sıcaklığını 60 dakika boyunca 200 santigrat derecede tuttuktan sonra, ısıtma bandına giden gücü kapatın ve PID denetleyicisini bekleme moduna ayarlayın.
Üç termokupl okumasının tümü 40 santigrat derecenin altına düştüğünde deneyi ve veri kaydını sonlandırın. Analizördeki tüpü yaklaşık 15 dakika temizlemek için FTIR gaz analizörünü azotla boşaltın. Temizleme işleminden sonra FTIR ölçümünü durdurun.
Oda temizleme vakumlama prosedüründen önce, FTIR numune alma giriş hattının kapalı veya ortam havasına açık olup olmadığını kontrol edin. Protea Analizör Yazılımı veya PAS-Pro Yazılımı üzerinde ortam havasını seçin veya FTIR'ı tamamen kapatın. Kimyasal maddelere dayanıklı diyaframlı pompayı kullanarak odayı kısmen vakumlamaya hazırlanmak için bir valfi açın ve oda basıncı mutlak inç kare başına 9,7 pound'a düşene kadar diyafram pompasını çalıştırın.
Diyaframlı pompayı kapatın ve birinci valfi kapatın, ardından odayı ortam havasıyla doldurmak için üçüncü valfi açın. Oda basıncı ortam basıncına geri döndüğünde valfi üçüncü kapatın. Odayı diyaframlı pompa ile kısmen vakumlayarak toksik gazların konsantrasyonunu düşürdükten sonra, geri kalan toksik gazları gidermek için oda basıncı mutlak inç kare başına 4,7 pound'a düşene kadar döner damarlı bir pompa çalıştırın.
Odayı açın ve video kamerayı ve hücreyi alın. Hücreyi hücre tutucusundan çıkarmadan önce, sırasında ve çıkardıktan sonra fotoğraf çekin. Hücreyi tartın ve hücrenin test sonrası kütlesini kaydedin.
Son olarak, toplanan verileri sonradan işleyin ve tüm ölçümlerin zaman evrimini görselleştirmek için grafikler oluşturun. 18650 silindirik bir hücre için %75 yük durumunda elde edilen hücre sıcaklığı ve kütle kaybı verileri bu şekilde gösterilmiştir. Kütle kaybı, biri hücre havalandırması sırasında, diğeri termal kaçak sırasında olmak üzere iki ayrı gaz salınım periyodunu gösterir.
Başlıca hidrokarbon ve toksik gaz türlerinin konsantrasyonları burada gösterilmiştir. Isıtma bandına verilen kaydedilen akım ve voltaj, hücreye güç girişini hesaplamak için kullanılabilir. Isıtma bandına sağlanan voltaj ve akım ve ısıtma bandına sağlanan hesaplanan enerji ve güç için temsili veriler burada sunulmaktadır.
Buradaki en önemli faktör, her deney sırasında ve sonrasında güvenliği sağlamaktır. Deney, test hücresinin harici kısa devresini önlemelidir. Ve diğer kritik faktörler, hücre SoC'sinin ve ısıtma hızlarının testten önce doğru olduğunun doğrulandığını doğrulamaktadır.
Zehirli gazların egzozunu sınırlamak için odayı tamamen kapatmak ve gazları güvenli bir şekilde çıkarmak için temizleme prosedürünü tam olarak takip etmek de çok önemlidir. Test prosedürü, farklı hücre formatlarında ve modüllerinde yangın uygulamasını incelemek için genişletilebilir ve çok hücreli pillerde termal kaçak ve pil yangını ölçeklendirme anlayışımızı geliştirebilir. Bu test prosedüründe toplanan kapsamlı zaman sonucu verileri, lityum-iyon pillerin gelecekteki modellerinin ve teorilerinin geliştirilmesini sağlar.
Ayrıca, pil yangınının nasıl ölçeklendiğini anlamaya yardımcı olacaktır.
