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      電池短路測試及其防護措施

      2023年07月18日 17:12:28人氣:306來源:廣東宏展科技有限公司

       

      針對電池在實際使用中可能遇到的風險問題,在擠壓、針刺、短路、過充和過放、高低溫等眾多可靠性測試中,模擬電池發(fā)生內短路和外短路的擠壓、針刺和外短路測試是極常見的,也是非常難通過的可靠性測試。

      究其原因,主要還是因為這兩種可靠性測試中瞬時電流過大,導致電池溫度過高,從而引發(fā)活性物質和電解液的分解燃燒,導致熱失控。

      以常見的方形電池為例,由于結構設計原因,電池各個部分產(chǎn)生的熱量擴散的速度是不一樣的,因此在電池平面方向和厚度方向上產(chǎn)生明顯的溫度梯度。特別是大電流時,電芯產(chǎn)生的熱量無法很好擴散溫度會急劇的升高,從而引發(fā)安Q全性問題。

      在擠壓測試中,隨著電池變形程度的增加,正負極集流體會首先被撕裂,隨后活性物質進入失效線內,隨著變形程度的不斷增加然后失效,引起正負極短路產(chǎn)生強大的電流,熱量集中釋放溫度急劇上升,引發(fā)熱失控。

      針刺試驗也是用于模擬鋰離子電池內短路的一種方法,基本原理是利用一根金屬針以一定的速度緩慢的插入電池內部,引起電池內部短路。上限會有70%左右的能量在60s內通過短路點釋放,由于熱量無法及時的擴散,短路點瞬間溫度可達到1000℃以上,從而引發(fā)熱失控。

      相較于擠壓和針刺試驗,外短路測試則比較溫和。外短路測試是將電池連接一個定值電阻,電量通過電阻進行釋放。能否通過短路測試主要受短路電流大小的影響,電流越大,則電池熱量產(chǎn)生的速度越快。電池熱量擴散速度不會有太大的變化,電池內部積累熱量越多溫度就越高,引發(fā)熱失控幾率就越大。

      影響電池短路電流的主要因素是電阻阻值,其次還受電池內阻和荷電狀態(tài)等因素的影響。研究發(fā)現(xiàn),影響短路測試結果的主要因素是電阻阻值和電池內阻的比例,比電池內阻和電池荷電狀態(tài)對實驗結果的影響還要大。當短路電阻的阻值與電池越接近,就越容易發(fā)生熱失控,只有當短路電阻的阻值是鋰離子電池內阻的9-12倍以上時,電池才能通過短路安Q全測試。

       

      從上述分析中不難看出,影響電池可靠性測試結果的因素本質上是產(chǎn)熱速率和散熱速率。通過安Q全保護設計等手段,降低產(chǎn)熱速率,或必要情況下切段電流阻止繼續(xù)產(chǎn)熱,都能有效避免電池發(fā)生熱失控。其次是提高電池散熱速率,通過電池結構設計,提高散熱速率,可以避免電池溫度過高。電池組尤其需要配備相應的散熱手段,確保電池能夠快速散熱保證不引起連鎖反應。

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