Như đã biết, tính an toàn của cell pin và bộ pin trong quá trình sử dụng có tác động đáng kể đến tính an toàn của người dùng. Dự án này chủ yếu nghiên cứu tác động của cell pin và bộ pin lithium-ion lên người dùng sau khi bị vật lạ đâm thủng. Pin lithium-ion là loại pin sạc dung lượng cao được phát triển vào những năm 1990. Nó có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn pin niken hydro. Nó có năng lượng riêng lớn, tuổi thọ chu kỳ dài, tỷ lệ tự xả thấp và không có hiệu ứng nhớ. Nó có thể đáp ứng nhu cầu của các phương tiện chở khách có yêu cầu cao về thể tích, tuổi thọ, công suất, v.v. Nó đã trở thành sản phẩm lý tưởng cho các ứng dụng xe điện thuần túy trong tương lai.

Không chỉ trong ngành xe điện, người tiêu dùng ưa chuộng pin đơn hoặc vài chục pin, pin lithium-ion đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, bất kể ngành công nghiệp hay người dùng nào, đều có yêu cầu cao về an toàn trong quá trình sử dụng, đặc biệt là đối với các hệ thống pin điện đòi hỏi phải kết hợp nhiều cell riêng lẻ thành một bộ pin. Nếu có sự can thiệp nghiêm trọng từ các vật thể bên ngoài trong quá trình sử dụng, bộ pin sẽ có mức độ nguy hiểm an toàn cao, gây hại cho cá nhân và tài sản. Trước tình hình này, cần phải nghiên cứu mức độ tác động của sự can thiệp bên ngoài đến việc sử dụng từng cell và bộ pin, để nâng cao tính an toàn khi sử dụng bộ pin.

1.Thử nghiệm

Đối tượng thử nghiệm: Bộ pin 30P bao gồm các cell pin lithium-ion hình trụ có dung lượng danh định là 2700mAh và các cell pin lithium-ion hình trụ có dung lượng danh định là 2700mAh.

Thiết bị kiểm tra: cáp đồng, rơ le, nguồn điện áp không đổi và Buồng thử độ xuyên đinh DGBELL (kim có đường kính φ 5mm, độ xuyên sâu ít nhất bằng 2/3 ô pin).

2.Thử nghiệm độ xuyên thủng của tế bào đơn

Tế bào đơn 100% SOC, tiến hành thử nghiệm đâm xuyên bằng đinh ở trạng thái không phóng điện.

Cho dù là đinh xuyên ngang hay đinh xuyên dọc. Nhiệt độ cao nhất của cell sau khi đinh xuyên là khoảng 100 ℃. Các cell pin không nổ, không bắt lửa và tỏa ra khói nhẹ. Từ đó có thể thấy rằng ở trạng thái không xả (tức là năng lượng đầy đủ), cell đơn lẻ sẽ không gây nguy hiểm cho tính mạng và tài sản của con người sau khi thử nghiệm đâm đinh theo các hướng khác nhau từ bên ngoài.

3 Thử nghiệm độ xuyên thủng của đinh vào bộ pin

Các thành phần mạch điện gồm: (1) Bộ pin: pin lithium-ion đơn 30P, 100% SOC, 8lAh, ACR=1.7mn; (2) Cáp đồng: đường kính 10mm, 18m, tổng điện trở 14m (để dòng điện trong mạch gần bằng dòng điện của bộ pin 1C); (3) Rơ le; (4) Nguồn điện áp không đổi: công tắc rơ le.

Mô phỏng thử nghiệm bộ pin chịu tác động từ bên ngoài trong quá trình sử dụng bằng cách sử dụng Buồng thử độ xuyên đinh DGBELL .

Có hai loại thí nghiệm được xác định:

• (1) Mạch điện thuộc trạng thái đường dẫn, tức là khi xả, pin bị thủng để quan sát trạng thái cuối cùng của pin;
• (2) Mạch ở trạng thái hở mạch, tức là không xả, kiểm tra bộ pin và quan sát trạng thái cuối cùng của bộ pin.

3.1 Thử nghiệm độ xuyên đinh trong trạng thái đường dẫn mạch

Theo sơ đồ mạch điện trên, kết hợp các thành phần khác nhau để tạo thành một mạch điện và đặt công tắc ở nơi an toàn hơn. Sau đó đặt bộ pin lên giường kim của thiết bị châm cứu và cố định lớp bảo vệ. Thu thập tổng điện áp của bộ pin, nhiệt độ tại 4 điểm gần vị trí kim và trong mạch điện và dòng điện trong mạch điện.

Khi đã sẵn sàng, hãy tắt công tắc rơle để tạo đường dẫn cho mạch điện. Nhấn công tắc thiết bị kim để đưa kim vào bên trong cell pin và giữ trong 10 giây. Tháo kim ra và quan sát bộ pin. Cell pin bị thủng sẽ phát ra khói. Sau 1 phút, khói giảm dần và đinh lại xuyên vào bên trong cell pin và giữ trong 10 giây. Lặp lại quá trình này 3 lần.

Trong quá trình châm cứu, bộ pin chỉ thải ra một lượng nhỏ khói đặc mà không có bất thường nào khác; cho đến khi kết thúc quá trình châm cứu, không có hiện tượng bất thường nào như nổ hay cháy ở bộ pin.

Thí nghiệm trên cho thấy khi bộ pin chịu tác động từ bên ngoài trong quá trình sử dụng, chỉ cần duy trì quá trình phóng điện liên tục và giải phóng năng lượng bên trong thì có thể loại bỏ các mối nguy hiểm về an toàn, tránh xảy ra nguy hiểm.

3.2Thử nghiệm độ xuyên đinh trong trạng thái mạch hở

Các thí nghiệm đều giống như bộ pin đục kim ở trạng thái đường dẫn mạch 3.1, điểm khác biệt duy nhất là công tắc rơle luôn ở trạng thái mở và mạch không phải là đường dẫn, nghĩa là bộ pin được đục kim ở trạng thái không xả.

Kết quả châm cứu là nhiệt độ cao nhất xung quanh tế bào châm cứu đạt 260 ℃, năm tế bào xung quanh phát nổ và bốc cháy, khiến toàn bộ bộ pin nổ tung. Từ các thử nghiệm trên, có thể thấy rằng việc đâm thủng bộ pin mà không giải phóng năng lượng gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho người dùng.

4.Kết luận

Kết quả thử nghiệm trên cho thấy ngay cả khi một cell pin bị thủng bởi các vật thể bên ngoài mà không giải phóng năng lượng thì cũng không có hiện tượng bất thường nào như nổ, cháy và người dùng có thể yên tâm sử dụng; Bộ pin sẽ không gặp bất kỳ hiện tượng bất thường nào như nổ, cháy khi bị thủng bởi các vật thể bên ngoài trong khi giải phóng năng lượng và không có nguy cơ an toàn nào đối với bộ pin; Tuy nhiên, nếu bộ pin bị thủng bởi các vật thể lạ mà không giải phóng năng lượng thì sẽ bắt lửa và phát nổ, gây ra mối đe dọa nhất định cho người dùng.

Pin lithium ion đã được sản xuất với số lượng lớn trong nước và quốc tế, hiệu suất của chúng không ngừng được cải thiện. Lĩnh vực ứng dụng của bộ pin đang dần mở rộng. Nhưng tính an toàn của bộ pin luôn là mối quan tâm hàng đầu của quốc tế. Hiện nay, việc loại bỏ hoàn toàn các mối nguy hiểm về an toàn của bộ pin lithium-ion vẫn là một thách thức, đòi hỏi người dùng phải chú ý vận hành và sử dụng đúng cách để tránh tai nạn an toàn.