1.3 Thử nghiệm quá tải

Việc sạc quá mức của một pin đơn phải được dừng lại sau khi sạc dòng điện không đổi 1 I ₁ (A) cho đến khi điện áp đạt 15 lần điện áp kết thúc sạc được chỉ định trong các điều kiện kỹ thuật của doanh nghiệp hoặc thời gian sạc đạt 1 giờ. Quan sát trong 1 giờ. Trong quá trình này, pin không được nổ hoặc bắt lửa. Việc sạc quá mức của pin mô-đun cũng phải dừng sạc sau khi sạc dòng điện không đổi 1 I ₁ (A) cho đến khi điện áp của bất kỳ pin đơn nào đạt 15 lần điện áp kết thúc sạc được chỉ định trong các điều kiện kỹ thuật của doanh nghiệp hoặc thời gian sạc đạt 1 giờ và quan sát trong 1 giờ. Trong quá trình này, pin không được nổ hoặc bắt lửa.

Ở giai đoạn đầu của thử nghiệm quá tải, lớp màng ranh giới điện phân rắn (SEI) siêu bền hình thành trên bề mặt điện cực âm cacbon phản ứng phân hủy tỏa nhiệt đầu tiên. Tiếp tục sạc, điện áp pin tiếp tục tăng và nhiệt độ pin tiếp tục tăng. Ngoài phản ứng giữa điện cực dương và điện cực âm và chất điện phân được mô tả ở đây, điện áp cao cũng sẽ gây ra sự phân hủy của chất điện phân. Do đó, một lượng lớn khí sẽ được tạo ra bên trong pin và pin sẽ phồng lên nghiêm trọng (như thể hiện trong Hình 1). Tiếp tục sạc. Dưới tác động của nhiệt độ cao và áp suất cao, một lượng lớn khí được phun ra từ bên trong pin tạo thành khói dày, như thể hiện trong Hình 2. Khi điều này xảy ra, cacbonat tuyến tính trong chất điện phân sẽ bị đốt cháy bởi nhiệt độ cao sau hàng chục giây, gây ra hỏa hoạn hoặc thậm chí nổ, như thể hiện trong Hình 3.

Một loại cháy pin khác có thể xảy ra trong quá trình thử nghiệm đoản mạch mô-đun trong đó nhiều pin được kết nối song song và sau đó được kết nối nối tiếp. Khi pin bị biến dạng nghiêm trọng do sản xuất khí và bơm hơi, các vấu dương và âm bên ngoài pin tiếp xúc với nhau dưới tác động của bộ phận kết nối, dẫn đến đoản mạch và cháy, như thể hiện trong Hình 4.

1.4 Thử nghiệm nghiền

Máy nghiền monome phải là một nửa hình trụ có bán kính 75mm (chiều dài của nửa hình trụ lớn hơn kích thước của pin đùn). Hướng nghiền phải vuông góc với hướng của tấm pin. Nhấn pin với tốc độ (5 ± 1) mm / s để dừng lại sau một trong các điều kiện sau: điện áp đạt 0V hoặc biến dạng đạt 30% hoặc lực nghiền đạt 200kn và quan sát trong 1 giờ. Trong dự án này, pin sẽ không nổ hoặc bắt lửa. Tấm nghiền được sử dụng để nghiền mô-đun tương tự như nghiền đơn. Hướng nghiền giống với hướng mà mô-đun pin có khả năng bị ép nhiều nhất trong bố trí của toàn bộ xe (nếu không có hướng có khả năng bị ép nhiều nhất, hãy tác dụng lực ép vuông góc với hướng sắp xếp của pin đơn). Khi biến dạng của mô-đun pin đạt 30% ở (5 ± 1) mm / s hoặc lực nghiền đạt đến một giá trị nhất định, hãy dừng lại Giữ trong 10 phút và quan sát trong 1 giờ. Trong quá trình này, mô-đun pin sẽ không phát nổ hoặc bắt lửa.

Có hai trường hợp mà sự đè bẹp khiến pin mất kiểm soát nhiệt: áp suất đè bẹp làm biến dạng pin và màng ngăn bên trong bị vỡ. Phản ứng do tiếp xúc giữa các tấm dương và âm trong pin tương tự như trong thử nghiệm châm cứu, dẫn đến cháy nổ pin, như thể hiện trong Hình 5; Trường hợp thứ hai tương tự như thử nghiệm ngắn mạch. Sau khi pin bị biến dạng, các vấu dương và âm tiếp xúc với nhau tạo thành hiện tượng ngắn mạch bên ngoài của pin và cuối cùng xảy ra cháy nổ, như thể hiện trong Hình 6.

2.Thử nghiệm an toàn cùng GB/T314673-2015

Tiêu chuẩn GB / T314673-2015 hướng đến các yêu cầu an toàn và phương pháp thử nghiệm của hệ thống và bộ pin điện lithium-ion cho xe điện. Có 16 hạng mục thử nghiệm an toàn. Thử nghiệm an toàn hiệu suất điện (bảo vệ quá tải, bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá nhiệt) của hệ thống và bộ pin điện đều là các thử nghiệm bảo vệ. Nghĩa là, nếu bộ pin hoặc hệ thống có các hành động bảo vệ như ngắt kết nối rơle và cầu chì nóng chảy trong quá trình thử nghiệm, thì thử nghiệm sẽ vượt qua và nói chung sẽ không có hiện tượng mất kiểm soát nhiệt. Nhìn chung, tỷ lệ mất kiểm soát nhiệt của hệ thống hoặc bộ pin điện lithium-ion là nhỏ, chủ yếu tập trung trong quá trình thử nghiệm rung và nghiền.

2.1 Thử nghiệm rung

Lắp đặt đối tượng thử nghiệm trên bàn rung. Thử nghiệm rung được thực hiện theo ba hướng, bắt đầu từ trục z, sau đó là trục Y và cuối cùng là trục x. Đối với các đối tượng thử nghiệm được lắp đặt ở các vị trí khác, thời gian thử nghiệm theo mỗi hướng là 21 giờ. Trong quá trình thử nghiệm, hãy theo dõi trạng thái của đơn vị giám sát nhỏ nhất bên trong đối tượng thử nghiệm, chẳng hạn như điện áp và nhiệt độ. Sau khi thử nghiệm rung, hãy quan sát trong 2 giờ rằng bộ pin không bị rò rỉ, vỡ vỏ, cháy hoặc nổ. Điện trở cách điện sau khi thử nghiệm không được nhỏ hơn 100 Ω/V.

Trong quá trình rung động dài hạn, tấm cách điện của pin mô-đun dễ rơi ra hoặc mòn, và các tiếp điểm vấu dương và âm hoặc tiếp xúc với vỏ pin tạo thành đoản mạch, dẫn đến pin bị mất nhiệt, như thể hiện trong Hình 7. Đồng thời, trong quá trình rung động, người ta cũng thấy rằng bộ phận kết nối của pin tạo ra ứng suất mạnh và dễ bị rách ở tai cực có kết nối sáng mạnh ở trạng thái tĩnh, như thể hiện trong Hình 8.

Tiêu chuẩn rung động của GB / T314673-2015 quá nghiêm ngặt so với các tiêu chuẩn khác và nhiều bộ pin sẽ bị mất kiểm soát nhiệt trong quá trình thử nghiệm rung động. Trong bản sửa đổi số 1, tiêu chuẩn rung động được thay đổi thành rung động sóng sin 15 phút của bộ pin hoặc hệ thống và tần số rung tăng từ 7Hz đến 50Hz rồi trở về 7Hz. Chu kỳ này sẽ được lặp lại 12 lần trong 3 giờ theo hướng thẳng đứng của vị trí lắp đặt bộ pin hoặc hệ thống do nhà sản xuất chỉ định. Chạy 1 chu kỳ tiêu chuẩn sau khi rung động. Sau khi thử nghiệm, quan sát trong 1 giờ dưới nhiệt độ môi trường của thử nghiệm. Yêu cầu: bộ pin hoặc hệ thống phải được kết nối đáng tin cậy và cấu trúc phải còn nguyên vẹn. Bộ pin hoặc hệ thống không được rò rỉ, vỡ vỏ, cháy hoặc nổ; Điện trở cách điện sau khi thử nghiệm không được nhỏ hơn 100 Ω / V. Sau khi thực hiện lệnh sửa đổi, hiện tượng mất kiểm soát nhiệt của bộ pin hiếm khi xảy ra. Tiêu chuẩn kiểm tra độ rung của cụm pin phải được xây dựng theo phổ đường của xe điện chạy trên đường chung. Không nên quá nghiêm ngặt hoặc quá lỏng lẻo. Do đó, trọng tâm hiện nay là xây dựng và triển khai tiêu chuẩn độ rung của cụm pin với các thông số chính xác và các bước hoàn hảo càng sớm càng tốt.

2.2 Thử nghiệm độ nghiền của pin

Quá trình nghiền bộ pin sử dụng một nửa hình trụ có bán kính 75mm. Chiều dài của nửa hình trụ lớn hơn chiều cao của vật thử nghiệm, nhưng không quá 1m. Dừng nghiền khi lực nghiền đạt 200kn hoặc biến dạng nghiền đạt 30% kích thước tổng thể theo hướng nghiền. Giữ trong 10 phút và quan sát trong 1 giờ. Bộ pin không được đánh lửa, nổ và các hiện tượng khác.

Trong quá trình thử nghiệm đập vỡ pin, người ta thấy rằng pin vượt qua thử nghiệm đập vỡ thường dừng thử nghiệm sau khi lực đập vỡ đạt tới 200kn. Nếu độ bền vỏ của pin không đủ và độ biến dạng của pin đạt tới 30%, thì thường sẽ xảy ra hỏa hoạn (như trong Hình 9). Bởi vì sau khi pin bị biến dạng, độ biến dạng của một số pin bên trong pin thậm chí sẽ vượt quá 80%. Trong trường hợp này, monome hoặc mô-đun bên trong pin sẽ mất kiểm soát về mặt nhiệt.

Trong bản sửa đổi số 1, lực nghiền của đầu nghiền được thay đổi từ 200 kn thành 100 kn, các tiêu chuẩn khác vẫn không thay đổi. Trong quá trình vận hành thực tế của toàn bộ xe, lực nghiền sau khi va chạm không chắc chắn, và sự biến dạng của pin có thể rất lớn. Do đó, nhiều xe điện sẽ bốc cháy trong trường hợp xảy ra tai nạn va chạm.

3.Kết luận

Pin lithium-ion sẽ xảy ra một loạt các phản ứng do các lý do riêng lẻ hoặc trong điều kiện sử dụng sai mục đích và lạm dụng, dẫn đến hiện tượng mất kiểm soát nhiệt và cháy nổ pin. Các thông số chính xác và tiêu chuẩn thử nghiệm chuẩn hóa là phương tiện quan trọng để xác minh tính an toàn của pin. Bài báo này giới thiệu một số thử nghiệm tiêu biểu trong đó các cell pin, mô-đun, bộ pin và hệ thống dễ bị mất kiểm soát nhiệt, đồng thời phân tích nguyên nhân và cơ chế mất kiểm soát nhiệt. Hiện nay, pin lithium-ion chưa hoàn hảo và vấn đề an toàn là vấn đề chính hạn chế ngành năng lượng mới. Tuy nhiên, với sự phổ biến và ứng dụng của vật liệu pin lithium-ion có độ an toàn cao, sự trưởng thành của công nghệ quản lý pin và việc cải thiện các tiêu chuẩn kiểm tra, pin lithium-ion sẽ đóng vai trò to lớn trong tương lai.