Значение испытание на проникновение гвоздя

Испытание на проникновение гвоздя — это метод тестирования внутреннего короткого замыкания, который проверяет безопасность литий-ионных батарей на устойчивость к внутренним коротким замыканиям. Используйте стальные гвозди, чтобы проникнуть в батарею, имитировать внутреннее короткое замыкание и провести проверку, чтобы убедиться, что батарея не дымит, не загорается и не разбивается. Кроме того, испытание на проникновение гвоздя — это не только тест, подтверждающий безопасность аккумулятора, но и тест, позволяющий понять основные свойства аккумулятора.

В обычных условиях пластины положительного и отрицательного электрода литий-ионных аккумуляторов изолированы полимерной изолирующей пленкой в ​​органическом электролите – сепараторе. В этом состоянии вставка стального гвоздя внутрь литий-ионной батареи создает короткое замыкание между пластинами положительного и отрицательного электрода, вызывая проверку внутреннего короткого замыкания. Особенностью этого метода тестирования является то, что он позволяет регулировать условия тестирования, такие как диаметр, материал, глубина вставки, положение вставки и скорость вставки стальных гвоздей, вставленных в батарею.

Опасность проникновения ногтя

Необходимость проведения испытаний на проникновение гвоздя в литий-ионные аккумуляторы означает, что они склонны к коротким замыканиям внутри, и если произойдет короткое замыкание, они окажутся в очень опасном состоянии. Литий-ионные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии, низким внутренним сопротивлением и позволяют пропускать большой ток, что делает их очень опасными. Вообще говоря, внутренние короткие замыкания в батареях во время использования вызваны наличием проводящих посторонних предметов в процессе производства или внешним воздействием или нагрузкой.

В действительности, после изготовления изделия сложно принять меры по устранению внутренних коротких замыканий в системах управления, в том числе в цепях зарядки и разрядки аккумуляторов. Когда происходит внутреннее короткое замыкание, внутри батареи генерируется огромный ток короткого замыкания, который, в свою очередь, генерирует джоулево тепло. Это тепло вызывает реакцию легковоспламеняющихся органических электролитов, в результате чего образуются высокотемпературные газы и увеличивается вероятность термического выхода из-под контроля. При возникновении теплового выхода из строя могут возникнуть дым и пожар, а в тяжелых случаях он может разорваться, ставя под угрозу личную безопасность пользователя.

С точки зрения пользователя, обеспечение безопасности батареи имеет решающее значение при использовании литий-ионных батарей. Тестирование иглой включает в себя вставку в батарею стальных гвоздей, которые могут легко создать внутреннее короткое замыкание между положительным и отрицательным электродами. Однако, когда гвоздь вставляется в батарею и образует отверстие на поверхности батареи, из этого отверстия выделяется высокотемпературный газ, вызывая изменение внутреннего состояния рассеивания тепла батареи, которое может отличаться от фактического внутреннего состояния. ситуация короткого замыкания.

Тест тупого ногтя

В обязательном тесте на внутреннее короткое замыкание используется сферический штифт наверху. Этот метод тестирования позволяет создать внутреннее короткое замыкание (небольшое короткое замыкание), не вызывая перфорации на поверхности батареи, известный как тест с тупым гвоздем. Этот метод создает короткое замыкание между материалами электродов (положительными и отрицательными электродными пластинами) батареи за счет давления гвоздей, что приводит лишь к незначительной деформации испытуемой батареи. По сравнению с обычным испытанием на проникновение гвоздя, этот метод может создать состояние, близкое к реальному внутреннему короткому замыканию.

Подготовка испытательной камеры

Для проведения этого теста ручное вбивание гвоздей в литий-ионные батареи совершенно нецелесообразно. Не пытайтесь делать это бездумно – гвозди могут вылететь, причинив травмы рукам и телу. Поэтому нам необходимо использовать игольчатый испытательный стенд. Используемая здесь камера для испытания на проникновение гвоздей DGBELL (с ​​максимальным давлением 20 кН и ходом 200 мм) была разработана таким образом, чтобы позволять вбивать стальные гвозди двух разных диаметров (φ 3 мм, φ 5 мм, 100 мм).

Меры безопасности

По соображениям безопасности испытательная машина имеет функцию взрывозащищенности, позволяющую предотвратить возгорание и взрывы аккумуляторной батареи, ставящие под угрозу безопасность персонала, проводящего испытания. Из соображений цены испытательная машина может оснащаться гидравлическими двигателями и компьютерными серводвигателями. Гидравлические двигатели просты в эксплуатации, а для серводвигателей можно настроить более детальные условия испытаний, что приводит к более высокой точности. Оснащенный системой сбора данных о температуре и напряжении, данные о температуре аккумулятора собираются с помощью термопар типа K, подключи и работай, с диапазоном измерения 0–600 ℃. Диапазон сбора напряжения 0-50 В. Испытательный бокс оснащен креплениями, позволяющими фиксировать батарейки и стальные иглы разных размеров. Скорость введения гвоздя регулируется от 0.1 до 80 мм/с.

Сопутствующие меры предосторожности

Здесь мы тестируем три различных типа аккумуляторных батарей (300 м Ач, 1000 м Ач, 2000 м Ач). Данные, которые необходимо измерить, следующие:

• Изменение напряжения на клеммах аккумулятора с течением времени
• Температура поверхности батареи
• Изменения внешнего вида и формы батареи после проникновения гвоздя

Перед проведением эксперимента необходимо тщательно подготовить меры противопожарной защиты и безопасности, такие как предотвращение разбрызгивания, оставление достаточного пространства для обслуживания испытательной машины и обеспечение нормальной работы системы пожаротушения.

Различия, вызванные условиями проникновения гвоздя

На основании нескольких экспериментальных результатов, включая приведенные выше результаты испытаний, можно сделать следующие выводы.

(1) В точке прокола напряжение на клеммах значительно падает и постепенно падает до 0 В. Когда напряжение упадет до определенной степени, на кривой напряжения возникнут значительные колебания.

(2) На этапе значительных изменений напряжения от острия иглы до клеммы результаты испытаний разных типов батарей и состояний иглы также различаются, но напряжение на клемме упадет до 0 В через 10-20 секунд.

(3) При тестировании батарей одинаковой емкости, чем толще гвоздь, тем больше изменение напряжения на клеммах.

Измерение температуры поверхности батареи

После проникновения гвоздя температуру поверхности сложенной батареи можно получить с течением времени с помощью системы измерения температуры. Использование φ Изменение температуры поверхности, измеренное во время испытания на прокол многослойной батареи емкостью 2000 м·ч стальным гвоздем диаметром 5 мм.

Повышение температуры после проникновения гвоздя

Во время испытания на прокол многоярусной батареи емкостью 2000 м Ач стальным гвоздем диаметром 5 мм возникла ситуация сопутствующего возгорания и температуры, превышающей 200 ℃. Кроме того, при испытаниях образцов аккумуляторов емкостью 1000 м·ч φ возник пожар при проколе стального гвоздя диаметром 3 мм. Использование φ. В ходе испытания на прокол, проведенного стальным гвоздем диаметром 5 мм, не только произошел возгорание, но и значительно возросла температура батареи. Кроме того, мы протестировали несколько образцов батарей с использованием стальных гвоздей разного диаметра, и тенденция повышения температуры с течением времени аналогична приведенному выше рисунку. Более того, максимальная температура, измеренная для различных элементов батареи, также может быть ниже 100 ℃.

Резюме

Этот тест путем короткого замыкания положительного и отрицательного электродов мгновенно преобразует накопленную электрическую энергию внутри батареи в тепловую энергию, генерируя достаточно тепла, чтобы вызвать возгорание и взрыв электролита. С энергетической точки зрения тепло, выделяющееся при воспламенении бензина, практически одинаково. Какое это опасное испытание! Я полагаю, что у вас уже есть некоторое понимание, поэтому реализовать этот тест непросто. Однако в качестве оценки безопасности при проектировании и производстве аккумуляторов испытание на проникновение гвоздя может быть реализовано без привлечения большого объема финансирования, а результаты измерений могут быть отражены в производстве. Наконец, литий-ионные аккумуляторы безопасно использовать в пределах номинального диапазона, указанного производителем. Превышение номинального диапазона, например, повторная перезарядка или разрядка, может привести к возгоранию или повреждению аккумулятора.