배터리에 내부 단락 테스트가 의무적으로 필요한 이유는 무엇인가요?

내부 단락의 4가지 응답 유형

내부 단락. 이 주제는 약간 전문적이고 복잡하게 들릴 수 있지만 실제로는 네 가지 주요하고 간단한 반응 유형으로 나뉩니다. 다음으로 하나씩 공부해 보겠습니다. 

• 구리와 알루미늄 호일 사이의 내부 단락 회로

먼저 구리와 알루미늄 호일 사이의 단락을 살펴 보겠습니다. 이 경우 전자는 구리와 알루미늄 호일의 배터리 구리 호일 을 알루미늄 호일에 첨가하는 이유는 알루미늄이 구리보다 전도성이 좋기 때문입니다.

이러한 유형의 단락은 배터리 성능 저하를 유발할 수 있으며 안전 문제를 일으킬 수도 있습니다. 이를 방지하기 위해 배터리 제조업체는 배터리 연결부에 특수 절연 재료를 사용하여 이러한 가능성을 최소화합니다.

• 음극과 양극 사이의 내부 단락 회로

다음은 음극과 양극 사이의 내부 단락입니다. 이 경우 전자가 배터리의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 직접 흐르면서 전류가 급격히 증가합니다. 이 단락으로 인해 다음이 발생할 수도 있습니다. 리튬 이온 배터리 안전 문제가 발생할 수 있으므로 배터리 제조업체에서는 이를 방지하기 위해 배터리 내부에 특수 보호 설계를 사용합니다.

• 음극과 알루미늄 호일 사이의 내부 단락 회로

세 번째 경우는 음극과 알루미늄 호일 사이의 내부 단락입니다. 이 경우 전자가 음극에서 알루미늄 호일로 흐릅니다. 이 단락은 전자의 흐름이 배터리의 충전 및 방전 효율에 영향을 미치기 때문에 배터리 성능을 저하시킬 수 있습니다.

이를 방지하기 위해 배터리 제조업체는 양극에 특수 보호 소재를 사용하여 전자의 흐름을 최소화합니다.

• 양극과 동박 사이의 내부 단락 회로

마지막 유형은 음극과 구리 호일 사이의 내부 단락으로, 전자가 음극에서 구리 호일로 흐르는 것입니다. 이러한 유형의 단락도 배터리 성능 저하를 유발할 수 있지만 양극과 알루미늄 호일 사이의 단락과는 다른 이유로 인해 발생할 수 있습니다.

이는 전자의 흐름이 아닌 음극에서 화학 반응이 일어나기 때문입니다. 이를 방지하기 위해 배터리 제조업체는 음극에 특수 보호 소재를 사용하고 배터리 설계를 최적화하여 화학 반응의 가능성을 줄입니다.

내부 단락과 외부 단락의 차이점은 무엇인가요?

배터리 단락은 더 일반적인 배터리 고장이며, 외부 단락과 내부 단락이 있습니다. 둘 사이에는 일정한 차이가 있습니다:

리튬 전원 배터리 내부 음극과 양극이 직접 접촉하는 내부 단락은 물론 접촉 정도가 다르며 후속 반응에 의해 촉발되는 정도도 크게 다릅니다.

리튬 배터리의 내부 단락을 일으키는 주요 요인은 분리막 표면의 전도성 먼지, 음극과 양극의 정렬 불량, 극 부분의 버, 전해액 및 기타 공정 요인의 고르지 않은 분포, 재료의 금속 불순물 등입니다;

저온 충전, 고전류 충전, 양극 성능 저하가 너무 빨라 양극 표면의 리튬 침전, 진동 또는 충돌 등으로 인해 대규모 내부 단락의 기계적 및 열적 남용으로 인해 발생합니다.

내부 단락이 제조 공정의 결함인 경우, 이 내부 단락은 천천히 발생하며 자연적인 내부 단락으로 발전하는 데 며칠 또는 몇 달이 걸립니다.

긴 임신 과정과 관련된 메커니즘은 매우 복잡하고 매우 길며 언제 열 폭주가 발생할지 알 수 없습니다. 그러나 비교적 경미하고 열이 거의 발생하지 않으며 열 폭주 온도 TR(열 폭주 온도 TR)이 즉시 트리거되지는 않습니다.

기계적 및 열적 남용으로 인해 발생하는 내부 단락은 세퍼레이터 파열 정도와 내부 단락에서 TR까지의 시간에 따라 달라지는 급격한 에너지 방출과 함께 TR을 직접 트리거합니다.

외부 단락은 자동차 충돌, 침수, 도체 오염 또는 유지 보수 중 감전으로 인한 변형으로 인해 발생할 수 있습니다. 외부 단락에서 리튬 배터리의 열 폭주로 이어지는 중요한 연결 고리는 바로 고온입니다.

외부 단락으로 인해 발생한 열을 잘 방출하지 못하면 리튬 배터리의 온도가 상승하고 고온이 열 폭주를 유발합니다. 따라서 단락 전류를 차단하거나 과도한 열을 방출하는 것이 외부 단락으로 인한 추가 손상을 억제하는 방법입니다.

실제 차량 운행에서는 전체 차량 시스템에 퓨즈와 리튬 배터리 관리 시스템 BMS가 장착되어 있어 리튬 전원 배터리가 단시간 고전류 충격을 견딜 수 있기 때문에 외부 단락의 확률이 매우 낮습니다.

극단적 인 경우 단락 지점이 전체 차량의 퓨즈를 교차하고 동시에 BMS가 실패하고 더 긴 외부 단락은 일반적으로 회로에서 연결의 약점을 태우고 리튬 전원 배터리의 열 폭주 이벤트로 거의 이어지지 않습니다.

배터리에서 단락이 발생하면 배터리가 계속 발열하고 온도가 매우 높아 일반 금속을 녹여 화재 또는 폭발을 일으켜 재산과 생명 안전에 심각한 위협이 될 수 있습니다. 따라서 점점 더 많은 사업가들이 배터리 안전 사고로 인한 개인 상해와 브랜드 평판 손실을 피하기 위해 배터리와 제품의 안전을 보장하기 위해 더 많은 관심을 기울이고 있습니다.

따라서 제품 테스트 및 검사는 사고 발생을 피하기 위해 제품 품질의 안전을 극대화하기 위해 지속적으로 개선하고 장비 제품 테스트 표준 및 수요를 지속적으로 개선하기 위해 예방의 좋은 수단입니다.

내부 단락 테스트가 필수인 이유는 무엇인가요?

전기 코어의 고유 한 안전성을 측정하는 중요한 방법은 전기 코어의 압력 강하 및 온도 상승뿐만 아니라 화재 또는 폭발 여부에 관계없이 내부 단락 테스트를 강제하는 것입니다. 전력 배터리 대규모 제조 시작, 안전 문제는 업계의 다모 클레스의 검의 머리에 매달려 있으며 시급히 해결해야합니다.

배터리 안전은 일반적으로 셀의 고유한 안전성, 다양한 보호 수준의 안전성, 규제/표준의 (상대적으로) 허용 가능한 안전성 등 세 가지 수준으로 분류할 수 있습니다. 현재로서는 셀의 내재적 안전성이 여전히 배터리 안전의 우선 순위 문제입니다.

셀의 고유한 안전성을 측정하는 중요한 방법은 셀의 전압 강하 및 온도 상승뿐만 아니라 화재 또는 폭발 여부를 테스트하여 내부 단락을 강제적으로 발생시키는 것입니다.

의무적인 내부 단락 테스트의 중요성

분리막 특성, 개발 및 설계를 포함하여 배터리 셀의 내부 단락을 유발할 수 있는 요인은 여러 가지가 있습니다, 배터리 생산 공정, 포장 및 운송, 조립 및 적용, 사용, 유지보수 및 재사용 등입니다. 이러한 모든 시나리오는 배터리 셀의 간접적 또는 직접적인 내부 단락을 일으킬 수 있습니다.

배터리 셀의 내부 단락 시험 의무화는 배터리 셀의 내부 단락 여부와 극한 상황을 시뮬레이션하여 내부 단락 발생 시 발화 또는 폭발 여부를 검증하여 배터리 셀의 본질적인 안전 특성과 배터리 시스템의 안전 특성을 파악하기 위한 것입니다.

강제 내부 단락 테스트 적용

대부분의 배터리 표준은 배터리 셀에 대한 의무적인 내부 단락 테스트를 규정하고 있으며, 많은 브랜드의 배터리 및 배터리 애플리케이션이 이 테스트 프로그램을 기업 사양으로 채택하고 있습니다.

배터리 셀에 대한 필수 내부 단락 테스트는 다음과 같은 평가에 널리 사용됩니다. 배터리 재료개발, 설계, 제조 공정은 물론 배터리 모듈과 배터리 시스템의 규정 준수 여부까지 파악할 수 있습니다.

필수 내부 단락 테스트에 대한 표준

IEC 62133-2:2017/AMD1:2021(휴대용 배터리)
부록 9(버전 1)(휴대용 배터리)
JIS C 62133-2:2020(휴대용 배터리)
IEC 62660-3:2016(전원 배터리)
IEC 62619:2017(산업용, 에너지 저장 배터리)

배터리 셀의 내부 단락 테스트를 강제하는 방법

• 배터리 셀의 전처리

1. 배터리 셀은 제조업체의 권장 사항에 따라 20°C ± 5°C에서 충전한 다음 제조업체에서 정의한 방전 차단 전압인 0,2 It A로 방전해야 합니다;
2. 배터리는 제조업체에서 정의한 상한 및 하한 충전 온도에서 1~4시간 동안 방치합니다;
3. 배터리 셀을 최대로 충전하세요. 충전 전류 와 전류가 0,05 It A로 감소할 때까지 상한 충전 전압을 설정합니다.

• 배터리 셀 해체

셀 분해는 셀의 필수 내부 단락 테스트에서 중요한 단계이지만 매우 까다롭고 논란의 여지가 있는 작업이기도 합니다.

• 코어 압출

1. 코어의 표면 온도가 충전 제한 온도의 상한 및 하한 온도에서 2도 이내로 안정화되면 압착할 준비가 된 것입니다;
2. 프레스는 0,1mm/s의 속도로 코어를 누르고, 코어 전압은 초당 100회 이상의 속도로 모니터링됩니다;
3. 내부 단락으로 인한 전압 강하가 감지되면 압출을 즉시 중지하고 프레스 툴을 이 위치에 30초 동안 유지한 후 압력을 해제해야 합니다. 초기 전압 대비 전압 강하가 50mV를 초과하면 내부 단락이 발생한 것으로 판단하며, 전압 강하가 50mV에 도달하기 전에 압력이 800N(원통형 셀의 경우) 또는 400N(사각 셀의 경우)에 도달하면 즉시 압착을 중지합니다.
4. 규정 준수 여부 결정: 테스트 중 화재가 발생하지 않음(회사마다 허용 기준이 더 엄격할 수 있음).