No final de janeiro, participei da tecnologia de Calorímetro de Taxa de Aceleração THT (ARC) e treinamento de aplicativos na Grã-Bretanha em 2018. Há pessoas no site de treinamento, CATL, Bateria de Lítio AVIC, Guoxuan, BYD e outros fabricantes domésticos de baterias de iões de lítio Participe do intercâmbio e do treinamento, todos os fabricantes estão muito preocupados com a segurança da bateria e usam extensivamente a tecnologia ARC para testar as características térmicas da bateria de energia. Agora, neste resumo de aprendizado e para compartilhar com você o texto do erro, por favor, critique.
O ARC é um instrumento de análise térmica baseado no princípio do design adiabático, desenvolvido pela Dow Chemical na década de 1970 e comercializado pela Columbia Scientific na década de 1980. ARC fornece um ambiente adiabático controlado e preciso Na experiência, o calorímetro mantém a temperatura de forma síncrona com a temperatura da amostra, o que pode simular o calor interno da bateria muito tarde para dissipar as características térmicas durante a reação exotérmica e compreender a condição de trabalho real da bateria. A ARC possui as seguintes características:
① alta sensibilidade, melhor que DSC 1 ~ 2 ordens de grandeza;
② flexibilidade de medição, a ARC pode estudar os componentes da bateria, testar diferentes tamanhos e modelos de baterias;
③ resolução diferente da reação é forte, pode simular a situação de fuga térmica, dado dados térmicos precisos;
④ pode simultaneamente obter as curvas de temperatura e pressão ao longo do tempo;
⑤ pode obter uma série de parâmetros térmicos, como a temperatura de decomposição inicial, a taxa de calor, o calor de reação, a energia de ativação.
Figura 1 Diagrama do equipamento ARC do UK THT
A Figura 1 é uma fotografia física de uma unidade ARC constituída por um corpo de forno com um aquecedor e um sensor de temperatura e um sistema de controle para operação adiabática. O forno consiste em um topo, um perímetro e um fundo 3 partes cada uma contendo 2 Um aquecedor e um termopar com quatro aquecedores e um termopar no perímetro e um termopar para controlar a temperatura na área respectiva. O ambiente adiabático do ARC é conseguido mantendo a câmara de amostra em linha com a temperatura do forno adiabático Para estudar o auto-aquecimento da amostra em um ambiente adiabático, a estrutura interna mostrada na Figura 2.
Figura 2 Diagrama de estrutura interna da ARC
O princípio básico da operação ARC é o modo de aquecimento-espera-pesquisa (HWS) (Figura 3). O usuário é necessário para definir a temperatura inicial e final, o valor do gradiente de temperatura e o valor de sensibilidade para o sistema. Câmara, o sistema aquece a amostra pela primeira vez até a temperatura inicial e depois no estado de espera para levar a amostra eo calorímetro à mesma temperatura e alcançar um equilíbrio térmico. Após o período de espera, o modo de busca é inserido onde o aquecedor não está aquecendo , O sistema compara a taxa de aquecimento e a sensibilidade predefinida (geralmente 0,02 ° C / min) para saber se há liberação de calor. Se a taxa de aquecimento for maior do que o valor predefinido, o instrumento entrará automaticamente no estado "exotérmico" e o sistema colocará a temperatura, Os dados de taxa de aquecimento e pressão são gravados e toda a amostra do processo é adiabática e a lógica do modo operacional HWS é mostrada na Figura 4. Se o instrumento não detectar uma reação exotérmica, o sistema mudará automaticamente para o modo de aquecimento, aumentando automaticamente a temperatura com base no gradiente de temperatura Gradiente, comece outra rodada de "aquecimento - espera - pesquisa" até que a temperatura final definida seja atingida ou um exotérmico seja detectado.
ARC pode ser materiais positivos e negativos, temperatura de reação térmica de eletrólito, teste de liberação de calor, você pode fornecer materiais de eletrodos de lítio-íon positivos e negativos, estudo de segurança eletrolítica para analisar a causa das baterias térmicas de iões de lítio. O teste ARC do eletrodo negativo de carbono no eletrólito pode estudar a decomposição térmica do filme SEI. Além de analisar as características térmicas do material da bateria, o ARC também pode analisar as características térmicas das baterias de íons de lítio de diferentes tipos, tamanhos e usos. O Laboratório Chave do Estado da Segurança Automóvel e da Energia, a Universidade de Tsinghua, o Feng Xun Ning e outros publicaram o primeiro teste internacional usando o ARC para testar o impedimento térmico da bateria de energia de grande capacidade e os resultados térmicos. Eles usaram a tecnologia ARC para testar a bateria de 25Ah NMC / Gr, modelo É uma especificação VDA de 26 mm de espessura com duas células paralelamente e dois termopares embutidos na célula: um no meio das duas bobinas, um na válvula de alívio e mais duas na caixa da bateria Um termopar, como mostrado na Figura 5.
Figura 5 diagrama de localização da instalação do termopar da bateria de teste
A bateria na câmara de amostra para o teste ARC, testando a temperatura dos quatro termopares e a tensão da bateria durante a temperatura de teste e a curva de evolução da tensão ao longo do tempo mostrada na Figura 6. A temperatura máxima aparece no meio dos dois núcleos (Figura 5 Na posição 1), é 853 ° C. De acordo com a Figura 6, existem várias características comuns do impedimento térmico da bateria Temperatura:
T1: Temperatura de partida de calor autogerada (geralmente maior que 100 ° C)
T2: a taxa de aumento de temperatura começa a cair
T3: temperatura do gatilho desenfreado (geralmente maior que 200C °)
T4: a temperatura mais alta do fugitivo térmico (500C ° -1000C °)
Figura 6 temperatura térmica do processo da bateria, curva de evolução da tensão
Figura 7 pontos de temperatura correspondentes à taxa de aumento de temperatura
De acordo com as três temperaturas características mostradas na Fig. 6 e as taxas de aumento de temperatura correspondentes aos pontos de temperatura mostrados na Fig. 7, o escape térmico do processo de teste ARC da bateria NMC pode ser dividido em seis estágios:
Fase 1: À medida que a temperatura de aquecimento do teste continua a subir, a capacidade da bateria cai, íons de lítio do pólo negativo.
Fase 2: a temperatura atinge T1, o auto-aquecimento da bateria começaram a aparecer, nesta fase, a capacidade da bateria continua devido à alta decaimento de temperatura, o ânodo filme SEI decomposição simultânea da solução electrolítica e a superfície de eléctrodo negativo do gerador de calor de reacção contínua.
Fase 3: a temperatura T2 é atingida, como mostrado na Figura 7, e a taxa de aumento da temperatura diminui devido ao calor absorvido e dissolvido pela membrana.
Etapa 4: devido à dissolução da membrana, microcircuito dentro da bateria, enquanto que a decomposição negativa consome substâncias eletroativas, aumento da taxa de aumento de temperatura.
Fase 5: temperatura T3 atingiu fuga térmica devido à desencadeada extensa fusão do separador, uma grande área de intensa em curto-circuito, acompanhada pela decomposição do material de eléctrodo positivo, a decomposição da solução electrolítica, adesivos e outros reacção de decomposição violenta uma grande quantidade de calor, a temperatura mais alta rapidamente. T4. Geralmente, o ponto de temperatura correspondente à taxa de aumento de temperatura acima de 1 ° C / s é definido como T3.
Etapa 6: ocorrem reações residuais causando um pequeno aumento de temperatura e o equipamento começa a arrefecer o processo de teste.
Figura 8 diagrama de temperatura da fuga do calor da bateria
Várias fases de intervalos de temperatura e correspondente processo de reacção bateria interna mostrado na Figura 8, baseia-se nas características básicas acima ARC bateria de teste comum, tecnologia de bateria ARC é amplamente utilizado para estudar as características de segurança térmica. Além disso, o ensaio também pode ser expandido para aplicações do arco, tais como Aumentar câmeras de imagem térmica, pressão de reação on-line, testes em linha de gás.
