1. Аннотация В этом исследовании рассматриваются влияние SOC (State of Charge) и процесса зарядки-разрядки...
2. 2. Материалы и методы
3. Таблица 1
4. 3. Результаты и обсуждение
5. 3.1. Влияние мощности нагрева
6. Таблица 2
7. 3.2. Эффект SOC
8. Таблица 3
9. 3.3. Влияние процесса зарядки
10. Таблица 4
11. 3.4. Влияние процесса разрядки
12. Таблица 5

Аннотация

В этом исследовании рассматриваются влияние SOC (State of Charge) и процесса зарядки-разрядки на тепловое убегание 18650 литий-ионных батарей. Серия экспериментов была проведена на электронагревательной и испытательной аппаратуре. Экспериментальные результаты показывают, что 6 Вт является критической мощностью нагрева для 40% SOC. При постоянной скорости нагрева 20 Вт начальная температура теплового разгона литий-ионной батареи уменьшается с ростом SOC. Конечная температура теплового разгона увеличивается вместе с SOC, когда SOC ниже 80%. Однако противоположный вывод был получен, когда SOC был выше, чем 80%. Значительная потеря массы, сопровождаемая интенсивной экзотермической реакцией, произошла при более высоком SOC. Было установлено, что критический зарядный ток, за пределами которого происходит тепловое убегание, составляет 2,6 А. Начальная температура теплового убегания уменьшается с увеличением зарядного тока, а интенсивность экзотермической реакции изменяется обратно пропорционально. Массовый выброс газа и электролитов существует во время теплового разгона, когда зарядный ток выше 10,4 А, ниже которого выделяется только большое количество газа. Начальная температура теплового разгона выше, чем у неразряженного.

Ключевые слова: литий-ионная батарея, тепловой разгон, тепловая мощность, SOC, зарядка-разрядка

1. Введение

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в различных типах электронных компонентов, таких как ноутбуки, камеры и мобильные телефоны, благодаря их высокому рабочему напряжению, высокой плотности энергии, длительному сроку службы, защите окружающей среды и т. Д. В последние годы литий-ионные аккумуляторы батареи также использовались, чтобы сделать большие и средние устройства накопления энергии [ 1 , 2 ], таких как мощность электромобиля, возобновляемые источники энергии, резервная мощность для сетей связи и военная резервная мощность. Тем не менее, тепловые потери литий-ионных аккумуляторов, которые могут привести к серьезным пожарам и взрывам, вызванным высокой температурой в помещении, были основным ограничением для их дальнейшего применения.

Литература сфокусирована на химических реакциях внутренних веществ, например, положительного и отрицательного электрода и электролита, а также адгезивного агента и электролита, что приводит к снижению термостабильности. Ричард [ 3 ] установил, что поверхность раздела твердого электролита (SEI) начинает разлагаться при 90–120 ° C с помощью калориметра с ускоряющей скоростью (ARC). Малеки [ 4 ] использовал дифференциальный сканирующий калориметр (ДСК) и заметил, что SEI начинает разлагаться примерно при 100 ° С. Цзин [ 5 ] обнаружил, что реакция между EC / DEC (этиленкарбонат / диэтилкарбонат является своего рода растворителем в электролите литий-ионного аккумулятора) и Li0.86C6 в основном проходит две стадии в своем экспериментальном исследовании ARC. На первой стадии образуется алкиловый эфир карбоната лития, когда температура составляет от 90 до 243 ° С. Когда температура выше 243 ° C, образуется Li2CO3. Биенсан [ 6 ] исследовал реакцию между LixC6 и электролитом методом ДСК. Было обнаружено, что когда температура составляла от 100 до 120 ° С, скорость тепловыделения в реакции составляла 350 Дж / г. Чжан [ 7 ] обнаружили, что при повышении температуры до 130 ° С электролит реагирует с углеродом лития, что приводит к экзотермичности 41–44,26 Дж / г. Макнейл [ 8 ] пришел к выводу, что LiCoO2 реагирует с электролитом с выделением тепла 265 Дж / г, а Ван [ 9 ] пришли к выводу, что Li0,5CoO2 может реагировать с электролитом с образованием тепла 132 ° C. Малеки [ 10 ] обнаружили, что LixC6 начал реагировать с поливинилиденфторидом (PVDF), когда температура поднялась до 210 ° C. Экзотермичность реакции достигла максимального значения 317 Дж / г при 287 ° С. Кавамура [ 11 ] обнаружили, что DEC легче реагирует с LiPF6 и LiClO4, чем DMC (диметилкарбонат является распространенным растворителем в электролите). Гнанарадж [ 12 ] исследовали термостабильность между электролитом и различными солями лития (LiClO4, LiPF6, LiPF3 (CF2CF3) 3) с помощью ARC и обнаружили, что термостабильность LiPF6 является наихудшей. Шлюп [ 13 ] провели эксперимент по стабильности электролита (LiPF6 / EC + DMC) при 85 ° С. Было обнаружено, что газ PF5 (пентафторид фосфора) преимущественно реагирует с ЕС. Ван [ 14 ] сделал вывод, что электролит (LiPF6 / EC) имеет экзотермический пик при 212 ° C, включая теплоту реакции 355,4 Дж / г. Эксперименты Чена 15 ] показали, что экзотермическая реакция электролита началась при 178 ° С. Он также обнаружил, что термическое разложение материала катода (Li1-xCo1 / 3Ni1 / 3Mn1 / 3O2) началось при 230 ° C. Венкатачалапатия [ 16 ] установил, что теплота реакции положительного электрода составляет 642 и 381 Дж / г для LiNi0,8Co0,2O2 и LixCoO2 соответственно.

Кроме того, перезарядка литий-ионного аккумулятора также была изучена. Аккумулятор взорвется, когда зарядный ток или напряжение достигнет определенного значения. Однако влияние теплового убегания литий-ионной батареи, подвергшейся воздействию высокотемпературной среды, всесторонне не изучено. Рэндольф [ 17 ] провел исследование призматической литий-ионной батареи емкостью 1000 мАч. Аккумулятор заряжался до 12 В с равномерным зарядным током 1 С. После достижения 5,5 В напряжение быстро поднялось до верхнего предела, что сопровождалось отклонением 95% литий-иона от анода. Батарея взорвалась при температуре выше 376 ° К. Кроме того, Китон [ 18 ] исследовал литий-ионную батарею на 100 Втч и зарядил ее до 10 В с постоянным током 1 С. Согласно феномену, что ток быстро снижался, когда температура достигала 368 ° К, ученый предположил, что свинцовая диафрагма с точкой плавления закрылась. Хан [ 19 ] зарядил батарею 6 А с током 1 С в течение 5 ч, и было обнаружено, что предел взрыва находится в диапазоне от 105% до 150% от зарядной емкости. Тобисима [ 20 ] исследовал литий-ионную батарею емкостью 600 мА, и исследование показало, что батарея разряжалась, но не взрывалась, когда зарядный ток составлял 1 или 1,5 ° С, в то время как он отключался с током 2 ° С.

В целом, фундаментальные исследования теплового разряда батареи, в основном внутренней экзотермической реакции и показателей безопасности литий-ионных батарей, наряду с перезарядкой и высокой скоростью зарядки [ 21 , 22 ] и т. д. являются важными причинами возгорания и взрыва. Исследователи дают справочную информацию о конструкции литий-ионной батареи и источника питания, обеспечивая основу для будущих исследований. Тем не менее, текущие исследования до сих пор не могут полностью объяснить взрывы литий-ионных батарей, которые происходят в повседневной жизни. Воздействие высокотемпературной среды на тепловое убегание происходит редко. Таким образом, проведение этих экспериментальных исследований может дать научное понимание для литий-ионных батарей, которые могут применяться в более широких областях.

В этой работе было проведено экспериментальное исследование теплового разгона 18650 литий-ионных батарей с помощью системы электрического нагрева и испытаний для изучения влияния мощности нагрева, SOC (состояния заряда) и процесса зарядки-разрядки на литий. батарея теплового разряда. Измерения некоторых характерных параметров, таких как критические значения, были выполнены в ходе испытаний для количественной оценки термической нестабильности литий-ионного аккумулятора в горячей среде. Согласно экспериментальным результатам, могут быть предложены соответствующие меры безопасности для литий-ионных батарей, что также имеет большое значение для предотвращения связанных с этим аварий.

2. Материалы и методы

Эксперименты проводились при комнатной температуре, 25 ° C, в спокойном воздухе, и схематическая диаграмма экспериментальной установки проиллюстрирована на. Была смонтирована литий-ионная батарея SANYO 18650 (производства SANYO Electric Co. Ltd. в Осаке, Япония), в которой в качестве катода использовался литий-кобальтал (LiCoO2), а в качестве анода - графит (2600 мАч, длина 65 мм и диаметр 18 мм). в центре медной трубки (длина 69 мм, внутренний диаметр 18 мм, наружный диаметр 22 мм), и слой термостойкой ленты был обернут поверх внешней поверхности медной трубки. Электролит в литий-ионной батарее SANYO - это своего рода органический водный раствор, в котором LiPF6 смешан в виде соли электролита с растворителем, в основном, в том числе EC. PVDF используется в качестве связующего. Снаружи ленты комплект нагревательного провода (Cr20Ni80) был намотан плотно и равномерно для нагрева медной трубки во время испытаний. Затем поверх нагревательного провода был нанесен еще один слой термостойкой ленты. Наконец, внешняя поверхность ленты, дно батареи и трубки были обернуты керамическим волокном для изоляции теплового потока, как показано на рис. Теплопроводность ленты относительно высока, в соответствии со спецификацией продукта, и, таким образом, тепловым сопротивлением можно пренебречь. Кроме того, контакт тепловых сопротивлений между слоями материалов также можно игнорировать из-за того, что слои были закреплены настолько плотно, и между слоями нет зазора. В трубе, параллельной оси трубы, было просверлено одно отверстие глубиной 34 мм и диаметром 2 мм для крепления К-термопары OMEGA (производства OMEGA Engineering Inc. в Норуолке, Коннектикут, США). Контейнер из нержавеющей стали высотой 150 мм и диаметром 180 мм использовался для хранения керамического волокна. Скорость нагрева, а именно выходная мощность нагревательного провода, контролировалась путем регулировки напряжения источника постоянного тока (постоянного тока). Зарядные и разрядные электрические токи измеряли с помощью прибора для сбора данных DEWE-43 (производства Fluke Inc. в Эверетте, штат Вашингтон, США). Система сбора данных использовалась для получения температуры батареи в режиме реального времени с частотой 3 Гц во время испытаний.

Экспериментальная установка. 1: 18650 литий-ионных батарей; 2: отверстие для термопары; 3: медная труба; 4: сопротивление провода; 5: система сохранения тепла; 6: электрический провод; 7: источник питания постоянного тока; 8: OMEGA K-термопара; 9: система сбора данных; 10: компьютер.

Эксперименты были нацелены на изучение влияния мощности нагрева, SOC, процесса зарядки и разрядки на тепловое истощение 18650 литий-ионных батарей, и, таким образом, были разработаны четыре сценария. Подробная информация указана в. Каждый тест проводился не менее трех раз, чтобы гарантировать повторяемость.

Таблица 1

Серийный номер Содержание исследования Постоянная мощность нагрева (Вт) Зарядка постоянным током (A) Разрядка постоянным током (A) Начальный SOC * (%) 1 Влияние мощности нагрева на 18650 разрядов литий-ионного аккумулятора 5 Нет Нет 40% 6 Нет Нет 40 % 10 Нет Нет 40% 20 Нет Нет 40% 30 Нет Нет 40% 40 Нет Нет 40% 2 Влияние SOC на 18650 литий-ионный аккумулятор теплового разряда 20 Нет Нет 0% 20 Нет Нет 20% 20 Нет Нет 40% 20 Нет Нет 60% 20 Нет Нет 80% 20 Нет Нет 99% 20 Нет Нет ≥100% 3 Влияние процесса зарядки на 18650-литий-ионный аккумулятор теплового разряда 20 2,6 A Нет 0% 20 5,2 A Нет 0% 20 7,8 A Нет 0% 20 10,4 A Нет 0% 20 13 A Нет 0% 4 Влияние процесса разряда на 18650 литий-ионных аккумуляторов при тепловом разгоне 20 Нет 5.2 A 100%

3. Результаты и обсуждение

Хотя батарея состоит из твердых и жидких материалов, а также других компонентов, при термическом анализе она рассматривалась как однородное вещество. Кроме того, зависимость тепловых параметров от температуры также не учитывалась для упрощения из-за ограниченной доступной информации. Для цилиндрической батареи, использованной в этом исследовании, батарея нагревалась на боковой поверхности. Верхняя и нижняя поверхности были подвержены воздействию окружающей среды, и потери тепла конвекцией и излучением были намного ниже по сравнению с общим полученным чистым теплом. Таким образом, потеря тепла и передача в осевом направлении также игнорировались. Уравнение сохранения тепла в батарее может быть выражено как:

где ρ - плотность, C - удельная теплоемкость, T - температура, t - время, r - пространственная переменная в направлении радиуса, θ - пространственная переменная в угловом направлении, Qchem - скорость тепловыделения химическая реакция, QEOC - это изменение энтропии, а QP - это избыточное тепло. Из-за геометрической симметрии батареи это уравнение также может быть упрощено как:

Скорость тепловыделения в результате химической реакции может быть выражена как:

где ΔH - теплота реакции, M - масса реагента, n - порядок реакции, A - предэкспоненциальный коэффициент, Ea - энергия активации, а R - газовая постоянная. Изменение тепловой энтропии описывается следующим уравнением:

где I - ток заряда / разряда. QP перенапряжения тепла описывается следующим уравнением:

где Rη - сопротивление перенапряжения. Граничное условие на боковой поверхности определяется как:

где q ˙ p o w e r ″ - тепловой поток на поверхности, и его можно рассчитать по формуле:

где P - приложенная внешняя мощность, r0 - радиус батареи, а h - высота батареи. Очевидно, что получить аналитическое решение сложно, и в большинстве исследований в литературе использовался численный метод для моделирования процесса теплового убегания.

3.1. Влияние мощности нагрева

показывает температурные кривые литий-ионной батареи, когда применяются постоянные мощности нагрева 5 Вт, 6 Вт, 10 Вт, 20 Вт, 30 Вт и 40 Вт. Измеренные значения во время испытаний приведены в таблице. При 5 Вт теплового разгона не наблюдалось из-за относительно меньшего количества тепла, выделяемого нагревательным проводом. При больших мощностях нагрева проводимое тепло всегда инициировало автоускорение и в конечном итоге приводило к тепловому убеганию в экспериментах. Можно сделать вывод, что 6 Вт является критической мощностью нагрева для 40% SOC.

Температурные кривые при разных постоянных мощностях нагрева. а ) низкая тепловая мощность; ( б ) Высокая мощность нагрева.

Таблица 2

Измеренные значения во время экспериментов по сценарию 1.

Мощность нагрева (Вт) Начальная температура теплового разгона (° C) Конечная температура теплового разгона (° C) Начальная масса батареи (г) Конечная масса батареи (г) Потерянная масса (г) 5 - - 45,12 42,16 2,96 6 215,1 323 45,12 40,55 4,57 10 221,7 363 45,04 39,83 5,21 20 226,3 385 45,03 39,65 5,38 30 230,2 390 44,96 39,51 5,45 40 236 393 45,03 39,52 5,51

Точки перегиба, очевидно, существуют для всех кривых в, что указывает на возникновение теплового убегания. Предполагается, что тепловое убегание происходит, когда достигается критическое накопленное тепло, обусловленное мощностью нагрева и химической реакцией внутри батареи, а именно:

Существует небольшое расхождение между различными кривыми в, и предполагается, что C m ( T i n i t - T 0) ≈ c o n s t a n t . Для более низкой мощности нагрева температура системы является относительно низкой, и тепло, выделяемое в результате химической реакции, также является низким. Как более низкая мощность нагрева, так и скорость реакции приводят к более длительному начальному времени теплового разгона. Когда мощность нагрева ниже критического значения, такого как 5 Вт, в этом исследовании, общая потребляемая мощность ниже, чем потери тепла на верхней и нижней поверхности, и во время испытаний не наблюдается теплового разгона:

В конце каждого температурного профиля происходит спад для мощности нагрева 6 Вт и 10 Вт, в то время как для более высокой мощности нагрева температура непрерывно увеличивается после прекращения теплового разгона. При более низкой скорости нагрева тепло, генерируемое нагревательным проводом, было намного больше, чем тепло реакции внутри батареи, и, таким образом, мощность нагрева доминировала над температурой системы во время испытаний. Измеренная температура снизилась в конце испытаний после отключения нагревательного провода. Однако для больших мощностей нагрева интенсивность тепловыделения интенсивной реакции в батарее превышала скорость нагревательного провода. Измеренная температура контролировалась тепловым потоком проводимости, передаваемым от батареи к медной трубке, и температура все еще увеличивалась с относительно более низким наклоном после отключения нагревательного провода.

Соотношение между постоянной мощностью нагрева и начальной температурой показано на рис. Начальная температура теплового разгона возрастала с увеличением мощности нагрева. Это явление было вызвано эффектом задержки передачи тепла от нагревательного провода к внутренней части батареи. В условиях низкой мощности нагрева батарея нагревалась медленно, и градиент температуры был небольшим, в то время как для большей скорости нагрева в системе существовал большой градиент температуры в начале теплового разгона, что означает, что температура меди трубка, а именно измеренная температура, была выше.

Соотношение между постоянной мощностью нагрева и начальной температурой разгона.

показывает, что потеря массы литий-ионной батареи без теплового разгона составляет 2,96 г. Уменьшенный вес литий-ионной батареи с тепловым разгоном составляет в среднем 5,4 г. Без термического разгона реакция разложения межфазного слоя из твердого электролита (SEI) не происходит, что приводит к небольшому количеству газа в атмосферу. Однако при тепловом убегании в литий-ионном аккумуляторе происходит интенсивная внутренняя реакция, включая реакцию разложения LixC6, связующего вещества и электролита и экзотермическую реакцию между LixC6 и электролитом [ 23 ]. Это приводит к большому количеству впрыскиваемого газа и значительному уменьшению массы.

3.2. Эффект SOC

а показывает измеренную температуру батареи при мощности нагрева 20 Вт, причем SOC изменяется от 0% до более чем 100%. Более 100% означает перезарядку в течение 1 часа. Аналогично, измеренные значения перечислены в. Никакого теплового побега не произошло, когда SOC составил 0%. Основная причина в том, что отрицательный электрод не имеет иона лития для образования LixC6. Тепло теплового убегания в основном генерируется экзотермической реакцией между LixC6, связующим веществом и электролитом [ 6 , 23 ].

Температурные кривые и начальная температура теплового разгона литий-ионной батареи при различных значениях заряда: а ) температурные кривые; ( б ) Начальная температура теплового убегания.

Таблица 3

Экспериментальные результаты литий-ионных аккумуляторов при разных соц.

Мощность нагрева (Вт) SOC (%) Начальная температура теплового разгона (° C) Конечная температура теплового разгона (° C) Вес батареи до теплового разгона (г) Вес батареи после теплового разгона (г) Потеря массы (г) 20 0% - - 44,96 40,52 4,44 20 20% 231 290 45,01 41,02,99 20 40% 226 387 45,03 39,75 5,28 20 60% 220 491 45,02 38,9 6,12 20 80% 204 511 44,95 36,37 8,58 20 99% 198 491 45,07 31,49 13,52 20 ≥100% 198 398 45,09 20,35 24,74

Три основных функциональных компонента литий-ионной батареи - это анод, катод и электролит. Когда литий-ионная батарея заряжена, ионы лития перемещаются от катода к аноду, а электроны поступают через внешнюю электрическую цепь. Процесс полностью изменен во время разгрузки. Чем больше лития могут поглощать электроды, тем больше суммарной энергии может хранить батарея и тем дольше она может работать. Полноэлементная реакция батареи, использованной в этом исследовании:

Для более высокого SOC больше лития адсорбируется электродами и остается меньше реагента, что в конечном итоге приводит к более низкой концентрации реагента. Скорость реакции и скорость тепловыделения снижаются, что приводит к более низкой начальной температуре теплового разгона.

Взаимосвязь между начальной температурой теплового разгона и SOC показана на рисунке b, когда мощность нагрева поддерживается на уровне 20 Вт. На b начальная температура теплового разгона уменьшается с ростом SOC. Хорошо известно, что отрицательный электрод содержит больше иона лития для образования LixC6 при более высоком SOC. При более высоком SOC происходит более достаточное количество реакций между LixC6, электролитом и связующим веществом, что обеспечивает больше тепла реакции. Таким образом, тепловое убегание происходит, когда тепло реакции накапливается до критического значения, когда температура медной трубки, начальная температура, является относительно низкой. Аналогично, a иллюстрирует корреляцию между температурой прекращения и SOC, когда мощность нагрева поддерживается на уровне 20 Вт. Конечная температура теплового разгона сначала увеличивается, а затем уменьшается с увеличением SOC. Как упоминалось выше, чем выше SOC, тем более достаточна реакция, которая будет иметь место [ 10 ]. Более достаточная реакция принесет больше тепла и приведет к более радикальному взаимодействию. Однако когда SOC достигло определенного уровня, радикальное взаимодействие привело к массовому выбросу из батареи после теплового разгона. Из батареи выделялось большое количество тепла, и конечная температура теплового разгона снижалась, когда SOC превышал 80%.

Соотношение между SOC и конечной температурой теплового убегания / потерей массы: а ) конечная температура теплового убегания; ( б ) потеря массы.

Соотношение между потерей массы и SOC показано в b, когда мощность нагрева поддерживается на уровне 20 Вт. Потеря массы увеличивается с увеличением SOC. С одной стороны, более высокий SOC, связанный с бурной реакцией, приводит к большему выбросу газа во время теплового разгона. С другой стороны, утечка электролита способствует полной потере массы.

3.3. Влияние процесса зарядки

Температурные кривые показаны в виде, когда мощность нагрева поддерживается на уровне 20 Вт, а зарядный ток варьируется от 2,6 А до 13 А. Измеренные значения во время испытаний приведены в таблице. Никакого теплового разгона не наблюдалось, когда зарядный ток был 0 А. Основная причина заключается в том, что экзотермическая реакция между LixC6, связующим веществом и электролитом отсутствует [ 6 , 23 ], и теплопередачи от нагревательного провода было недостаточно для инициирования теплового убегания.

Температурные кривые и начальная температура теплового разгона литий-ионного аккумулятора при различных скоростях зарядки: а ) температурные кривые; ( б ) Начальная температура теплового убегания.

Таблица 4

Экспериментальные результаты литий-ионного аккумулятора при различных зарядных токах.

Мощность нагрева (Вт) Начальный SOC (%) Ток заряда (A) Начальная температура теплового разгона (° C) Конечная температура теплового разгона (° C) Масса до теплового разгона (г) Масса после теплового разгона (г) Потеря массы (г) Зарядная емкость батареи (%) 20 0% 0 - - 44,96 40,52 4,44 - 20 0% 2,6 226 330 45,02 40,4 4,62 32% 20 0% 5,2 217 370 45,03 40,1 4,93 37% 20 0% 7,8 140 390 45,07 39,34 5,73 51% 20 0% 10,4 133 - 44,98 - - 61% 20 0% 13 123 - 44,96 - - 75%

Взаимосвязь между начальной температурой теплового разгона и различным зарядным током показана на рисунке b, когда мощность нагрева поддерживается на уровне 20 Вт. В, тепловой разгон произошел, когда зарядный ток был равен или больше 2,6 А. температура снижалась с зарядным током, что вызвано тем, что тепло, выделяемое в результате реакции окисления электролита, косвенно пропорционально квадрату зарядного тока [ 20 ]. Когда ток зарядки превышает 10,4 А, внутренний материал литий-ионного аккумулятора и корпус полностью разделяются на две части. Когда ток зарядки достигает критического значения, внутренняя часть литий-ионного аккумулятора реагирует бурно и выделяет большое количество газа и энергии за короткое время. Внутренний материал может быть извлечен из литий-ионной батареи под высоким давлением.

Как уже упоминалось в Раздел 3.2 чем больше лития могут поглощать электроды, тем больше суммарной энергии может хранить батарея и тем дольше она может работать. Аналогично, для большей скорости зарядки, а именно тока зарядки, больше лития адсорбируется электродами, и в электролите остается меньше реагента, что также приводит к более низкой скорости реакции и скорости тепловыделения. Таким образом, начальная температура уменьшается с увеличением SOC.

В соответствии с зарядным током и временем мощность начального теплового разгона может быть рассчитана и сведена в таблицу в последнем столбце. Для 10,4 А и 13 А измерения потери массы из-за взрыва во время испытаний не проводились. Конечная температура теплового разгона увеличивается с зарядным током в диапазоне от 2,6 А до 10,4 А. Это в основном обусловлено тем фактом, что более высокий зарядный ток приводит к более высокой мощности начального теплового разгона. Это указывает на то, что вырабатывается больше LixC6 и происходит более интенсивная реакция между LixC6, электролитом и связующим, которая обеспечивает больше тепла и приводит к более высокой конечной температуре теплового разгона [ 10 ].

3.4. Влияние процесса разрядки

показывает температурные кривые во время испытаний на разрядку 0 A и 5,2 A при мощности нагрева 20 Вт, когда начальный SOC составляет 100%. Измеренные значения во время испытаний приведены в таблице. По мере того как разрядка продолжается, SOC уменьшается от 100% до критического значения, 72% в этом случае, как показано, и разрядка не может поддерживаться ниже этого уровня из-за высокой температуры. Соответствующее время окончания разряда было около 500 во время испытаний, как показано на рис. По сравнению с неразряженной батареей кривая температуры и скорость повышения температуры разряженной батареи превосходили другую в течение первых 500 с. Однако скорость повышения температуры стала ниже, чем скорость безразрядной, через 500 с до начала теплового разгона. На ранней стадии важное значение имеют тепло, выделяемое в процессе разрядки, и тепло, передаваемое от нагревательного провода. Однако через 500 с только теплопроводность доминирует в теплопередаче, и, таким образом, скорость увеличения становится меньше из-за относительно более высокой температуры через 500 с.

Температурная кривая литий-ионного аккумулятора в условиях разряда.

Таблица 5

Экспериментальные результаты литий-ионного аккумулятора в условиях разряда.

Мощность нагрева (Вт) Начальное значение SOC (%) Состояние батареи Тепловой разгон Начальная температура (° C) Масса до теплового разгона (г) Масса после теплового разгона (г) Потеря массы (г) Время разряда (с) SOC перед тепловым разгоном (% ) 20 100% нет разряда 198 45,07 31,49 13,52 0 100% 20 100% разряда 213 44,98 38,20 6,78 500 72%

Из этого можно понять, что начальная температура теплового разгона была относительно выше для разряда при 5,2 А. В процессе разряда 5,2 А SOC снизилась до 72% и, таким образом, привела к более низкой начальной температуре теплового разгона, как показано на , Исходя из того факта, что разряд не может поддерживаться, когда температура системы превышает критерий, более низкий ток разряда приводит к более высокому значению SOC при прекращении разряда и, следовательно, приводит к относительно более низкой начальной температуре теплового разгона и наоборот.

Кроме того, при токе разряда 5,2 А джоулевое тепло вырабатывается током, а именно Q = I 2 R. Эта часть тепла также увеличивала общую скорость генерации тепла и приводила к более высокой начальной температуре.

Похожие

Комментарии