¿Por qué es obligatorio comprobar el cortocircuito interno de las baterías?
En este artículo se explican los tipos de pilas de litio cortocircuito internoCómo se diferencian de los cortocircuitos externos de la batería, por qué es obligatorio comprobar los cortocircuitos internos de la batería y formas de detectar cortocircuitos internos de la batería.
Índice
4 tipos de respuesta de cortocircuito interno
Cortocircuito interno. el tema puede sonar un poco especializado y complicado, pero en realidad se divide en cuatro tipos principales y sencillos de reacciones. A continuación, las estudiaremos una a una.
Cortocircuito interno entre las láminas de cobre y aluminio
En primer lugar, veamos un cortocircuito entre cobre y papel de aluminio. En este caso, los electrones fluirán del lámina de cobre de la batería a la lámina de aluminio porque el aluminio tiene mejor conductividad que el cobre.
Este tipo de cortocircuito puede provocar una caída del rendimiento de la batería e incluso causar problemas de seguridad. Para evitar que esto ocurra, los fabricantes de baterías utilizan materiales aislantes especiales en las conexiones de la batería para minimizar esta posibilidad.
Cortocircuito intenso entre cátodo y ánodo
Lo siguiente es un cortocircuito interno entre el cátodo y el ánodo. En este caso, los electrones fluirán directamente de un extremo de la pila al otro, provocando un rápido aumento de la corriente. Este cortocircuito también puede causar seguridad de las pilas de iones de litio por lo que los fabricantes de baterías también utilizan diseños de protección especiales en el interior de la batería para evitar que esto ocurra.
Cortocircuito intenso entre el cátodo y el papel de aluminio
El tercer caso es un cortocircuito interno entre el cátodo y la lámina de aluminio. En este caso, los electrones fluyen del cátodo a la lámina de aluminio. Este cortocircuito puede reducir el rendimiento de la batería porque el flujo de electrones afecta a la eficacia de carga y descarga de la batería.
Para evitar que esto ocurra, los fabricantes de baterías utilizan materiales protectores especiales en el ánodo para minimizar el flujo de electrones.
Cortocircuito interno entre el ánodo y la lámina de cobre
El último tipo es un cortocircuito interno entre el cátodo y la lámina de cobre, en el que los electrones fluyen del cátodo a la lámina de cobre. Este tipo de cortocircuito también puede provocar una disminución del rendimiento de la batería, pero por un motivo diferente al de un cortocircuito entre el ánodo y la lámina de aluminio.
Esto se debe a que en el cátodo se produce una reacción química en lugar de un flujo de electrones. Para evitar que esto ocurra, los fabricantes de baterías utilizan materiales protectores especiales en el cátodo y optimizan el diseño de la batería para reducir la probabilidad de que se produzca una reacción química.
¿Cuál es la diferencia entre cortocircuito interno y cortocircuito externo?
El cortocircuito de la batería es un fallo más común de la batería, hay cortocircuito externo y cortocircuito interno. Hay una cierta diferencia entre los dos:
Cortocircuito interno que el cátodo interno de la batería de litio y el ánodo de contacto directo, por supuesto, el grado de contacto es diferente, provocada por la reacción posterior también varía en gran medida.
Los principales factores que provocan el cortocircuito interno de la batería de litio son: polvo conductor en la superficie del separador, desalineación del cátodo y el ánodo, rebabas en la pieza polar y distribución desigual del electrolito y otros factores del proceso; impurezas metálicas en el material;
Carga a baja temperatura, carga a alta corriente, la degradación del rendimiento del ánodo es demasiado rápida, lo que provoca la precipitación del litio en la superficie del ánodo, vibración o colisión, etc.; causado por el abuso mecánico y térmico del cortocircuito interno a gran escala.
Si el cortocircuito interno es un defecto en el proceso de fabricación, este cortocircuito interno se produce lentamente y tarda días o incluso meses en convertirse en un cortocircuito interno espontáneo.
Los mecanismos implicados en el largo proceso de gestación son bastante complejos, muy largos, y no se sabe cuándo experimentará el desbocamiento térmico. Sin embargo, es relativamente leve, genera muy poco calor y no desencadena inmediatamente un TR (Thermal Runaway Temperature TR).
Los cortocircuitos internos originados por abuso mecánico y térmico desencadenarán un TR directamente, con una liberación brusca de energía que varía con el grado de rotura del separador y el tiempo transcurrido desde el cortocircuito interno hasta el TR.
El cortocircuito externo puede tener su origen en la deformación causada por una colisión automovilística, la inmersión en agua, la contaminación del conductor o una descarga eléctrica durante el mantenimiento. El eslabón más importante entre el cortocircuito externo y el desbordamiento térmico de la batería de litio es la alta temperatura.
Cuando el calor generado por el cortocircuito externo no se puede disipar bien, la temperatura de la batería de litio aumentará, y la alta temperatura desencadena el desbordamiento térmico. Por lo tanto, cortar la corriente de cortocircuito o disipar el exceso de calor son formas de evitar que el cortocircuito externo produzca más daños.
En el funcionamiento real del vehículo, la probabilidad de que se produzca un cortocircuito externo es muy baja, ya que todo el sistema del vehículo está equipado con fusibles y el sistema de gestión de la batería de litio BMS, la batería de energía de litio puede soportar el impacto de alta corriente a corto plazo.
En casos extremos, el punto de cortocircuito atraviesa el fusible de todo el vehículo, y al mismo tiempo, falla el BMS, y un cortocircuito externo más largo generalmente conduce a la quema del punto débil de la conexión en el circuito, y rara vez conduce al evento de embalamiento térmico de la batería de energía de litio.
Cuando se produce un cortocircuito en una batería, hará que ésta continúe exotérmica, y la temperatura es lo suficientemente alta como para fundir el metal general, lo que puede causar un incendio o incluso una explosión, lo que supone una grave amenaza para la seguridad de la propiedad y la vida. Por lo tanto, cada vez más empresarios prestan más atención a garantizar la seguridad de las pilas y sus productos para evitar lesiones personales y pérdidas de reputación de la marca causadas por accidentes de seguridad de las pilas.
Así que las pruebas de productos y la inspección es un buen medio de prevención, sólo para seguir mejorando, las normas de pruebas de productos de equipos de sonido, y la demanda, con el fin de maximizar la seguridad de la calidad del producto, para evitar la ocurrencia de accidentes.
¿Por qué son obligatorias las pruebas de cortocircuito interno?
Una forma importante de medir la seguridad inherente del núcleo eléctrico es forzar su prueba de cortocircuito interno si se incendia o explota, así como la caída de presión y el aumento de temperatura del núcleo eléctrico. Cuando se inicie la fabricación de baterías eléctricas a gran escala, la cuestión de la seguridad se convertirá en la espada de Damocles que pende sobre la cabeza de la industria, y es urgente resolverla.
La seguridad de las baterías puede clasificarse generalmente en los tres niveles siguientes: la seguridad inherente a la célula, la seguridad de los distintos niveles de protección y la seguridad (relativamente) aceptable de los reglamentos/normas. En la actualidad, la seguridad inherente a la célula sigue siendo la cuestión prioritaria para la seguridad de las baterías.
Una forma importante de medir la seguridad inherente de una célula es forzar su cortocircuito interno, comprobando si se produce un incendio o una explosión, así como la caída de tensión y el aumento de temperatura de la célula.
La importancia de las pruebas obligatorias de cortocircuito interno
Hay muchos factores que pueden provocar un cortocircuito interno de una célula de batería, entre ellos las características del separador, el desarrollo y el diseño, producción de baterías proceso, embalaje y transporte, montaje y aplicación, uso, mantenimiento y reutilización, etc. Todos estos escenarios pueden provocar un cortocircuito interno indirecto o directo de la célula de la batería.
La prueba obligatoria de cortocircuito interno de la célula de la batería consiste en verificar si la célula de la batería tiene un cortocircuito interno y si se incendiará o explotará cuando se produzca un cortocircuito interno simulando la situación extrema, con el fin de identificar las características intrínsecas de seguridad de la célula de la batería, así como las características de seguridad del sistema de la batería.
Aplicación de la prueba de cortocircuito interno forzado
La mayoría de las normas sobre baterías regulan la prueba obligatoria de cortocircuito interno para las celdas de las baterías, y muchas marcas de baterías y aplicaciones de baterías han adoptado este programa de pruebas como su especificación corporativa.
La prueba obligatoria de cortocircuito interno para celdas de batería se utiliza ampliamente en la evaluación de materiales para bateríasEl desarrollo, el diseño, el proceso de fabricación e incluso la conformidad de los módulos y sistemas de baterías.
Normas para las pruebas obligatorias de cortocircuito interno
IEC 62133-2:2017/AMD1:2021 (Baterías portátiles) Apéndice 9 (edición 1) (Baterías portátiles) JIS C 62133-2:2020 (Baterías portátiles) IEC 62660-3:2016 (Baterías de potencia) IEC 62619:2017 (Acumuladores de energía industriales)
Métodos para forzar la prueba de cortocircuito interno en la célula de la batería
Pretratamiento de las celdas de la batería
Las celdas de la batería deben cargarse a 20 °C ± 5 °C según las recomendaciones del fabricante y, a continuación, descargarse a 0,2 It A hasta la tensión de corte de descarga definida por el fabricante;
Las baterías se dejan de 1 a 4 horas a las temperaturas de carga superior e inferior definidas por el fabricante;
Cargue la célula de la batería al máximo corriente de carga y la tensión de carga límite superior hasta que la corriente se reduzca a 0,05 It A.
Desmontaje de las celdas de la batería
El desmontaje de la célula es un paso crítico en la prueba obligatoria de cortocircuito interno de la célula, pero también es extremadamente difícil y controvertido.
Extrusión de núcleos
Una vez que la temperatura de la superficie del núcleo se ha estabilizado dentro de los 2 grados de la temperatura límite de carga superior e inferior, está listo para ser exprimido;
La prensa se presiona contra el núcleo a una velocidad de 0,1 mm/s, mientras que la tensión del núcleo se controla a una velocidad de más de 100 veces por segundo;
Cuando se detecte una caída de tensión provocada por un cortocircuito interno, se detendrá inmediatamente la extrusión y se liberará la presión tras mantener la herramienta de prensado en esta posición durante 30 segundos. Si la caída de tensión comparada con la tensión inicial supera los 50 mV, se determina que se ha producido un cortocircuito interno. antes de que la caída de tensión alcance los 50 mV, si la presión alcanza los 800 N (para cubetas cilíndricas) o los 400 N (para cubetas cuadradas), deje de apretar inmediatamente.
Determinación de la conformidad: Ningún incendio durante las pruebas (las empresas pueden tener criterios de aceptación admisibles más estrictos).
Suerte
Hola, soy Lucky, graduado de una universidad muy conocida en China, ahora se dedica principalmente a la edición de artículos sobre las baterías de litio de la motocicleta, y la estación de intercambio de baterías, estoy comprometido a ofrecer servicios y soluciones sobre la estación de intercambio de baterías para diversas industrias.
¿Por qué es obligatorio comprobar el cortocircuito interno de las baterías?
4 tipos de respuesta de cortocircuito interno
Cortocircuito interno. el tema puede sonar un poco especializado y complicado, pero en realidad se divide en cuatro tipos principales y sencillos de reacciones. A continuación, las estudiaremos una a una.
En primer lugar, veamos un cortocircuito entre cobre y papel de aluminio. En este caso, los electrones fluirán del lámina de cobre de la batería a la lámina de aluminio porque el aluminio tiene mejor conductividad que el cobre.
Este tipo de cortocircuito puede provocar una caída del rendimiento de la batería e incluso causar problemas de seguridad. Para evitar que esto ocurra, los fabricantes de baterías utilizan materiales aislantes especiales en las conexiones de la batería para minimizar esta posibilidad.
Lo siguiente es un cortocircuito interno entre el cátodo y el ánodo. En este caso, los electrones fluirán directamente de un extremo de la pila al otro, provocando un rápido aumento de la corriente. Este cortocircuito también puede causar seguridad de las pilas de iones de litio por lo que los fabricantes de baterías también utilizan diseños de protección especiales en el interior de la batería para evitar que esto ocurra.
El tercer caso es un cortocircuito interno entre el cátodo y la lámina de aluminio. En este caso, los electrones fluyen del cátodo a la lámina de aluminio. Este cortocircuito puede reducir el rendimiento de la batería porque el flujo de electrones afecta a la eficacia de carga y descarga de la batería.
Para evitar que esto ocurra, los fabricantes de baterías utilizan materiales protectores especiales en el ánodo para minimizar el flujo de electrones.
El último tipo es un cortocircuito interno entre el cátodo y la lámina de cobre, en el que los electrones fluyen del cátodo a la lámina de cobre. Este tipo de cortocircuito también puede provocar una disminución del rendimiento de la batería, pero por un motivo diferente al de un cortocircuito entre el ánodo y la lámina de aluminio.
Esto se debe a que en el cátodo se produce una reacción química en lugar de un flujo de electrones. Para evitar que esto ocurra, los fabricantes de baterías utilizan materiales protectores especiales en el cátodo y optimizan el diseño de la batería para reducir la probabilidad de que se produzca una reacción química.
¿Cuál es la diferencia entre cortocircuito interno y cortocircuito externo?
El cortocircuito de la batería es un fallo más común de la batería, hay cortocircuito externo y cortocircuito interno. Hay una cierta diferencia entre los dos:
Cortocircuito interno que el cátodo interno de la batería de litio y el ánodo de contacto directo, por supuesto, el grado de contacto es diferente, provocada por la reacción posterior también varía en gran medida.
Los principales factores que provocan el cortocircuito interno de la batería de litio son: polvo conductor en la superficie del separador, desalineación del cátodo y el ánodo, rebabas en la pieza polar y distribución desigual del electrolito y otros factores del proceso; impurezas metálicas en el material;
Carga a baja temperatura, carga a alta corriente, la degradación del rendimiento del ánodo es demasiado rápida, lo que provoca la precipitación del litio en la superficie del ánodo, vibración o colisión, etc.; causado por el abuso mecánico y térmico del cortocircuito interno a gran escala.
Si el cortocircuito interno es un defecto en el proceso de fabricación, este cortocircuito interno se produce lentamente y tarda días o incluso meses en convertirse en un cortocircuito interno espontáneo.
Los mecanismos implicados en el largo proceso de gestación son bastante complejos, muy largos, y no se sabe cuándo experimentará el desbocamiento térmico. Sin embargo, es relativamente leve, genera muy poco calor y no desencadena inmediatamente un TR (Thermal Runaway Temperature TR).
Los cortocircuitos internos originados por abuso mecánico y térmico desencadenarán un TR directamente, con una liberación brusca de energía que varía con el grado de rotura del separador y el tiempo transcurrido desde el cortocircuito interno hasta el TR.
El cortocircuito externo puede tener su origen en la deformación causada por una colisión automovilística, la inmersión en agua, la contaminación del conductor o una descarga eléctrica durante el mantenimiento. El eslabón más importante entre el cortocircuito externo y el desbordamiento térmico de la batería de litio es la alta temperatura.
Cuando el calor generado por el cortocircuito externo no se puede disipar bien, la temperatura de la batería de litio aumentará, y la alta temperatura desencadena el desbordamiento térmico. Por lo tanto, cortar la corriente de cortocircuito o disipar el exceso de calor son formas de evitar que el cortocircuito externo produzca más daños.
En el funcionamiento real del vehículo, la probabilidad de que se produzca un cortocircuito externo es muy baja, ya que todo el sistema del vehículo está equipado con fusibles y el sistema de gestión de la batería de litio BMS, la batería de energía de litio puede soportar el impacto de alta corriente a corto plazo.
En casos extremos, el punto de cortocircuito atraviesa el fusible de todo el vehículo, y al mismo tiempo, falla el BMS, y un cortocircuito externo más largo generalmente conduce a la quema del punto débil de la conexión en el circuito, y rara vez conduce al evento de embalamiento térmico de la batería de energía de litio.
Cuando se produce un cortocircuito en una batería, hará que ésta continúe exotérmica, y la temperatura es lo suficientemente alta como para fundir el metal general, lo que puede causar un incendio o incluso una explosión, lo que supone una grave amenaza para la seguridad de la propiedad y la vida. Por lo tanto, cada vez más empresarios prestan más atención a garantizar la seguridad de las pilas y sus productos para evitar lesiones personales y pérdidas de reputación de la marca causadas por accidentes de seguridad de las pilas.
Así que las pruebas de productos y la inspección es un buen medio de prevención, sólo para seguir mejorando, las normas de pruebas de productos de equipos de sonido, y la demanda, con el fin de maximizar la seguridad de la calidad del producto, para evitar la ocurrencia de accidentes.
¿Por qué son obligatorias las pruebas de cortocircuito interno?
Una forma importante de medir la seguridad inherente del núcleo eléctrico es forzar su prueba de cortocircuito interno si se incendia o explota, así como la caída de presión y el aumento de temperatura del núcleo eléctrico. Cuando se inicie la fabricación de baterías eléctricas a gran escala, la cuestión de la seguridad se convertirá en la espada de Damocles que pende sobre la cabeza de la industria, y es urgente resolverla.
La seguridad de las baterías puede clasificarse generalmente en los tres niveles siguientes: la seguridad inherente a la célula, la seguridad de los distintos niveles de protección y la seguridad (relativamente) aceptable de los reglamentos/normas. En la actualidad, la seguridad inherente a la célula sigue siendo la cuestión prioritaria para la seguridad de las baterías.
Una forma importante de medir la seguridad inherente de una célula es forzar su cortocircuito interno, comprobando si se produce un incendio o una explosión, así como la caída de tensión y el aumento de temperatura de la célula.
La importancia de las pruebas obligatorias de cortocircuito interno
Hay muchos factores que pueden provocar un cortocircuito interno de una célula de batería, entre ellos las características del separador, el desarrollo y el diseño, producción de baterías proceso, embalaje y transporte, montaje y aplicación, uso, mantenimiento y reutilización, etc. Todos estos escenarios pueden provocar un cortocircuito interno indirecto o directo de la célula de la batería.
La prueba obligatoria de cortocircuito interno de la célula de la batería consiste en verificar si la célula de la batería tiene un cortocircuito interno y si se incendiará o explotará cuando se produzca un cortocircuito interno simulando la situación extrema, con el fin de identificar las características intrínsecas de seguridad de la célula de la batería, así como las características de seguridad del sistema de la batería.
Aplicación de la prueba de cortocircuito interno forzado
La mayoría de las normas sobre baterías regulan la prueba obligatoria de cortocircuito interno para las celdas de las baterías, y muchas marcas de baterías y aplicaciones de baterías han adoptado este programa de pruebas como su especificación corporativa.
La prueba obligatoria de cortocircuito interno para celdas de batería se utiliza ampliamente en la evaluación de materiales para bateríasEl desarrollo, el diseño, el proceso de fabricación e incluso la conformidad de los módulos y sistemas de baterías.
Normas para las pruebas obligatorias de cortocircuito interno
IEC 62133-2:2017/AMD1:2021 (Baterías portátiles)
Apéndice 9 (edición 1) (Baterías portátiles)
JIS C 62133-2:2020 (Baterías portátiles)
IEC 62660-3:2016 (Baterías de potencia)
IEC 62619:2017 (Acumuladores de energía industriales)
Métodos para forzar la prueba de cortocircuito interno en la célula de la batería
El desmontaje de la célula es un paso crítico en la prueba obligatoria de cortocircuito interno de la célula, pero también es extremadamente difícil y controvertido.