Porque é que as pilhas requerem um ensaio obrigatório de curto-circuito interno?
Este artigo explica os tipos de pilhas de lítio curto-circuito internoA sua diferença em relação aos curto-circuitos externos da bateria, a razão pela qual é obrigatório testar os curto-circuitos internos da bateria e as formas de detetar curto-circuitos internos da bateria.
Índice
4 tipos de resposta de curto-circuito interno
Curto-circuito interno. O tema pode parecer um pouco especializado e complicado, mas, na realidade, divide-se em quatro tipos principais e simples de reacções. De seguida, vamos estudá-los um a um.
Curto-circuito interno entre as folhas de cobre e de alumínio
Primeiro, vejamos um curto-circuito entre o cobre e a folha de alumínio. Neste caso, os electrões vão fluir do folha de cobre para pilhas para a folha de alumínio porque o alumínio tem melhor condutividade do que o cobre.
Este tipo de curto-circuito pode causar uma queda no desempenho da bateria e pode até causar problemas de segurança. Para evitar que isto aconteça, os fabricantes de baterias utilizam materiais isolantes especiais nas ligações da bateria para minimizar esta possibilidade.
Curto-circuito interno entre o cátodo e o ânodo
Segue-se um curto-circuito interno entre o cátodo e o ânodo. Neste caso, os electrões passam diretamente de uma extremidade da pilha para a outra, provocando um rápido aumento da corrente. Este curto-circuito também pode causar segurança das pilhas de iões de lítio por isso, os fabricantes de baterias também utilizam concepções de proteção especiais no interior da bateria para evitar que isto aconteça.
Curto-circuito interno entre o cátodo e a folha de alumínio
O terceiro caso é um curto-circuito interno entre o cátodo e a folha de alumínio. Neste caso, os electrões fluem do cátodo para a folha de alumínio. Este curto-circuito pode resultar numa redução do desempenho da bateria, uma vez que o fluxo de electrões afecta a eficiência de carga e descarga da bateria.
Para evitar que isto aconteça, os fabricantes de pilhas utilizam materiais de proteção especiais no ânodo para minimizar o fluxo de electrões.
Curto-circuito interno entre o ânodo e a folha de cobre
O último tipo é um curto-circuito interno entre o cátodo e a folha de cobre, no qual os electrões fluem do cátodo para a folha de cobre. Este tipo de curto-circuito também pode causar uma diminuição do desempenho da bateria, mas por uma razão diferente da de um curto-circuito entre o ânodo e a folha de alumínio.
Isto deve-se ao facto de ocorrer uma reação química no cátodo, em vez de um fluxo de electrões. Para evitar que isto aconteça, os fabricantes de pilhas utilizam materiais de proteção especiais no cátodo e optimizam o design da pilha para reduzir a probabilidade de uma reação química.
Qual é a diferença entre curto-circuito interno e curto-circuito externo?
O curto-circuito da bateria é uma falha mais comum da bateria, há curto-circuito externo e curto-circuito interno. Existe uma certa diferença entre os dois:
Curto-circuito interno que o cátodo interno da bateria de lítio e o contacto direto do ânodo, naturalmente, o grau de contacto é diferente, desencadeado pela reação subsequente também varia muito.
Os principais factores que causam o curto-circuito interno da bateria de lítio são: poeira condutora na superfície do separador, desalinhamento do cátodo e do ânodo, rebarbas na peça polar e distribuição desigual do eletrólito e outros factores do processo; impurezas metálicas no material;
Carregamento a baixa temperatura, carregamento a alta corrente, degradação do desempenho do ânodo é demasiado rápido, resultando em precipitação de lítio na superfície do ânodo, vibração ou colisão, etc.; causada por abuso mecânico e térmico de curto-circuito interno em grande escala.
Se o curto-circuito interno for um defeito no processo de fabrico, este curto-circuito interno ocorre lentamente e demora dias ou mesmo meses a evoluir para um curto-circuito interno espontâneo.
Os mecanismos envolvidos no longo processo de gestação são bastante complexos, muito longos, e não se sabe quando é que se dará a fuga térmica. No entanto, é relativamente suave, gera muito pouco calor e não desencadeia imediatamente uma TR (Thermal Runaway Temperature TR).
Os curtos-circuitos internos que têm origem em abusos mecânicos e térmicos desencadeiam diretamente um TR, com uma libertação acentuada de energia que varia com o grau de rutura do separador e com o período de tempo decorrido entre o curto-circuito interno e o TR.
O curto-circuito externo pode ter origem na deformação causada por colisão automóvel, imersão em água, contaminação do condutor ou choque elétrico durante a manutenção. O elo importante entre o curto-circuito externo e a fuga térmica da bateria de lítio é a alta temperatura.
Quando o calor gerado pelo curto-circuito externo não pode ser bem dissipado, a temperatura da bateria de lítio aumenta, e a temperatura elevada desencadeia a fuga térmica. Por conseguinte, cortar a corrente de curto-circuito ou dissipar o excesso de calor são formas de impedir que o curto-circuito externo provoque mais danos.
No funcionamento real do veículo, a probabilidade de curto-circuito externo é muito baixa, porque todo o sistema do veículo está equipado com fusíveis e com o sistema de gestão da bateria de lítio BMS, a bateria de lítio pode suportar um impacto de corrente elevada de curta duração.
Em casos extremos, o ponto de curto-circuito atravessa o fusível de todo o veículo e, ao mesmo tempo, o BMS falha, e um curto-circuito externo mais longo geralmente leva à queima do ponto fraco da conexão no circuito, e raramente leva ao evento de fuga térmica da bateria de lítio.
Quando ocorre um curto-circuito numa pilha, a pilha continua a ser exotérmica e a temperatura é suficientemente elevada para derreter o metal em geral, o que pode provocar um incêndio ou mesmo uma explosão, representando uma séria ameaça para a segurança da propriedade e da vida. Por conseguinte, cada vez mais empresários prestam mais atenção à segurança das pilhas e dos seus produtos, a fim de evitar danos pessoais e perdas de reputação da marca causadas por acidentes relacionados com a segurança das pilhas.
Assim, o teste e a inspeção de produtos são um bom meio de prevenção, apenas para continuar a melhorar, as normas de teste de produtos de equipamento de som e a procura, a fim de maximizar a segurança da qualidade do produto, para evitar a ocorrência de acidentes.
Porque é que o ensaio de curto-circuito interno é obrigatório?
Uma forma importante de medir a segurança inerente do núcleo elétrico é forçar o seu teste de curto-circuito interno, quer se incendeie ou expluda, bem como a queda de pressão e o aumento da temperatura do núcleo elétrico. Com o início do fabrico em grande escala de baterias eléctricas, a questão da segurança tornou-se a espada de Dâmocles que paira sobre a cabeça da indústria e tem de ser resolvida urgentemente.
A segurança das pilhas pode geralmente ser classificada nos três níveis seguintes: a segurança inerente à célula, a segurança dos diferentes níveis de proteção e a segurança (relativamente) aceitável dos regulamentos/normas. Atualmente, a segurança inerente à célula continua a ser a questão prioritária para a segurança das pilhas.
Uma forma importante de medir a segurança inerente de uma célula é forçar o seu curto-circuito interno, testando-a quanto a incêndio ou explosão, bem como a queda de tensão e o aumento de temperatura da célula.
A importância do ensaio obrigatório de curto-circuito interno
Há muitos factores que podem causar um curto-circuito interno numa célula de bateria, incluindo as características do separador, o desenvolvimento e a conceção, produção de pilhas processo, embalagem e transporte, montagem e aplicação, utilização, manutenção e reutilização, etc. Todos estes cenários podem causar um curto-circuito interno indireto ou direto na célula da bateria.
O ensaio obrigatório de curto-circuito interno da célula da bateria destina-se a verificar se a célula da bateria tem um curto-circuito interno e se se incendiará ou explodirá quando ocorrer um curto-circuito interno, simulando a situação extrema, de modo a identificar as características de segurança intrínsecas da célula da bateria, bem como as características de segurança do sistema da bateria.
Aplicação do ensaio de curto-circuito interno forçado
A maioria das normas de baterias regula o teste obrigatório de curto-circuito interno para células de baterias, e muitas marcas de baterias e aplicações de baterias adoptaram este programa de teste como especificação corporativa.
O ensaio obrigatório de curto-circuito interno para células de bateria é amplamente utilizado na avaliação de materiais para pilhasO desenvolvimento, a conceção, o processo de fabrico e até a conformidade dos módulos e sistemas de baterias.
Normas para o ensaio obrigatório de curto-circuitos internos
IEC 62133-2:2017/AMD1:2021 (Baterias portáteis) Apêndice 9 (edição 1) (Pilhas portáteis) JIS C 62133-2:2020 (Baterias portáteis) IEC 62660-3:2016 (Baterias eléctricas) IEC 62619:2017 (Baterias industriais de armazenamento de energia)
Métodos para forçar o ensaio de curto-circuito interno numa célula de bateria
Pré-tratamento das células da bateria
As células da bateria têm de ser carregadas a 20 °C ± 5 °C, de acordo com as recomendações do fabricante, e depois descarregadas a 0,2 It A até à tensão de corte de descarga definida pelo fabricante;
As baterias são deixadas durante 1-4 horas às temperaturas de carga superior e inferior definidas pelo fabricante;
Carregar a célula da bateria no máximo corrente de carga e a tensão de carga limite superior até que a corrente seja reduzida para 0,05 It A.
Desmontagem das células da bateria
A desmontagem da célula é um passo crítico no ensaio obrigatório de curto-circuito interno da célula, mas é também extremamente difícil e controverso.
Extrusão de núcleos
Depois de a temperatura da superfície do núcleo ter estabilizado dentro de 2 graus da temperatura limite de carga superior e inferior, está pronto para ser espremido;
A prensa é pressionada contra o núcleo a uma velocidade de 0,1 mm/s, enquanto a tensão do núcleo é monitorizada a uma velocidade de mais de 100 vezes por segundo;
Quando é detectada uma queda de tensão causada por um curto-circuito interno, a extrusão deve ser imediatamente interrompida e a pressão deve ser libertada depois de se manter a ferramenta de prensagem nesta posição durante 30 segundos. Se a queda de tensão, em comparação com a tensão inicial, for superior a 50 mV, determina-se que ocorreu um curto-circuito interno. Antes de a queda de tensão atingir 50 mV, se a pressão atingir 800 N (para células cilíndricas) ou 400 N (para células quadradas), interrompe-se imediatamente a compressão.
Determinação da conformidade: Nenhum incêndio durante os ensaios (as empresas podem ter critérios de aceitação admissíveis mais rigorosos).
Sorte
Olá, eu sou o Lucky, licenciado por uma universidade bem conhecida na China, agora principalmente envolvido na edição de artigos sobre baterias de lítio para motociclos e a estação de troca de baterias, estou empenhado em oferecer serviços e soluções sobre a estação de troca de baterias para várias indústrias.
Porque é que as pilhas requerem um ensaio obrigatório de curto-circuito interno?
4 tipos de resposta de curto-circuito interno
Curto-circuito interno. O tema pode parecer um pouco especializado e complicado, mas, na realidade, divide-se em quatro tipos principais e simples de reacções. De seguida, vamos estudá-los um a um.
Primeiro, vejamos um curto-circuito entre o cobre e a folha de alumínio. Neste caso, os electrões vão fluir do folha de cobre para pilhas para a folha de alumínio porque o alumínio tem melhor condutividade do que o cobre.
Este tipo de curto-circuito pode causar uma queda no desempenho da bateria e pode até causar problemas de segurança. Para evitar que isto aconteça, os fabricantes de baterias utilizam materiais isolantes especiais nas ligações da bateria para minimizar esta possibilidade.
Segue-se um curto-circuito interno entre o cátodo e o ânodo. Neste caso, os electrões passam diretamente de uma extremidade da pilha para a outra, provocando um rápido aumento da corrente. Este curto-circuito também pode causar segurança das pilhas de iões de lítio por isso, os fabricantes de baterias também utilizam concepções de proteção especiais no interior da bateria para evitar que isto aconteça.
O terceiro caso é um curto-circuito interno entre o cátodo e a folha de alumínio. Neste caso, os electrões fluem do cátodo para a folha de alumínio. Este curto-circuito pode resultar numa redução do desempenho da bateria, uma vez que o fluxo de electrões afecta a eficiência de carga e descarga da bateria.
Para evitar que isto aconteça, os fabricantes de pilhas utilizam materiais de proteção especiais no ânodo para minimizar o fluxo de electrões.
O último tipo é um curto-circuito interno entre o cátodo e a folha de cobre, no qual os electrões fluem do cátodo para a folha de cobre. Este tipo de curto-circuito também pode causar uma diminuição do desempenho da bateria, mas por uma razão diferente da de um curto-circuito entre o ânodo e a folha de alumínio.
Isto deve-se ao facto de ocorrer uma reação química no cátodo, em vez de um fluxo de electrões. Para evitar que isto aconteça, os fabricantes de pilhas utilizam materiais de proteção especiais no cátodo e optimizam o design da pilha para reduzir a probabilidade de uma reação química.
Qual é a diferença entre curto-circuito interno e curto-circuito externo?
O curto-circuito da bateria é uma falha mais comum da bateria, há curto-circuito externo e curto-circuito interno. Existe uma certa diferença entre os dois:
Curto-circuito interno que o cátodo interno da bateria de lítio e o contacto direto do ânodo, naturalmente, o grau de contacto é diferente, desencadeado pela reação subsequente também varia muito.
Os principais factores que causam o curto-circuito interno da bateria de lítio são: poeira condutora na superfície do separador, desalinhamento do cátodo e do ânodo, rebarbas na peça polar e distribuição desigual do eletrólito e outros factores do processo; impurezas metálicas no material;
Carregamento a baixa temperatura, carregamento a alta corrente, degradação do desempenho do ânodo é demasiado rápido, resultando em precipitação de lítio na superfície do ânodo, vibração ou colisão, etc.; causada por abuso mecânico e térmico de curto-circuito interno em grande escala.
Se o curto-circuito interno for um defeito no processo de fabrico, este curto-circuito interno ocorre lentamente e demora dias ou mesmo meses a evoluir para um curto-circuito interno espontâneo.
Os mecanismos envolvidos no longo processo de gestação são bastante complexos, muito longos, e não se sabe quando é que se dará a fuga térmica. No entanto, é relativamente suave, gera muito pouco calor e não desencadeia imediatamente uma TR (Thermal Runaway Temperature TR).
Os curtos-circuitos internos que têm origem em abusos mecânicos e térmicos desencadeiam diretamente um TR, com uma libertação acentuada de energia que varia com o grau de rutura do separador e com o período de tempo decorrido entre o curto-circuito interno e o TR.
O curto-circuito externo pode ter origem na deformação causada por colisão automóvel, imersão em água, contaminação do condutor ou choque elétrico durante a manutenção. O elo importante entre o curto-circuito externo e a fuga térmica da bateria de lítio é a alta temperatura.
Quando o calor gerado pelo curto-circuito externo não pode ser bem dissipado, a temperatura da bateria de lítio aumenta, e a temperatura elevada desencadeia a fuga térmica. Por conseguinte, cortar a corrente de curto-circuito ou dissipar o excesso de calor são formas de impedir que o curto-circuito externo provoque mais danos.
No funcionamento real do veículo, a probabilidade de curto-circuito externo é muito baixa, porque todo o sistema do veículo está equipado com fusíveis e com o sistema de gestão da bateria de lítio BMS, a bateria de lítio pode suportar um impacto de corrente elevada de curta duração.
Em casos extremos, o ponto de curto-circuito atravessa o fusível de todo o veículo e, ao mesmo tempo, o BMS falha, e um curto-circuito externo mais longo geralmente leva à queima do ponto fraco da conexão no circuito, e raramente leva ao evento de fuga térmica da bateria de lítio.
Quando ocorre um curto-circuito numa pilha, a pilha continua a ser exotérmica e a temperatura é suficientemente elevada para derreter o metal em geral, o que pode provocar um incêndio ou mesmo uma explosão, representando uma séria ameaça para a segurança da propriedade e da vida. Por conseguinte, cada vez mais empresários prestam mais atenção à segurança das pilhas e dos seus produtos, a fim de evitar danos pessoais e perdas de reputação da marca causadas por acidentes relacionados com a segurança das pilhas.
Assim, o teste e a inspeção de produtos são um bom meio de prevenção, apenas para continuar a melhorar, as normas de teste de produtos de equipamento de som e a procura, a fim de maximizar a segurança da qualidade do produto, para evitar a ocorrência de acidentes.
Porque é que o ensaio de curto-circuito interno é obrigatório?
Uma forma importante de medir a segurança inerente do núcleo elétrico é forçar o seu teste de curto-circuito interno, quer se incendeie ou expluda, bem como a queda de pressão e o aumento da temperatura do núcleo elétrico. Com o início do fabrico em grande escala de baterias eléctricas, a questão da segurança tornou-se a espada de Dâmocles que paira sobre a cabeça da indústria e tem de ser resolvida urgentemente.
A segurança das pilhas pode geralmente ser classificada nos três níveis seguintes: a segurança inerente à célula, a segurança dos diferentes níveis de proteção e a segurança (relativamente) aceitável dos regulamentos/normas. Atualmente, a segurança inerente à célula continua a ser a questão prioritária para a segurança das pilhas.
Uma forma importante de medir a segurança inerente de uma célula é forçar o seu curto-circuito interno, testando-a quanto a incêndio ou explosão, bem como a queda de tensão e o aumento de temperatura da célula.
A importância do ensaio obrigatório de curto-circuito interno
Há muitos factores que podem causar um curto-circuito interno numa célula de bateria, incluindo as características do separador, o desenvolvimento e a conceção, produção de pilhas processo, embalagem e transporte, montagem e aplicação, utilização, manutenção e reutilização, etc. Todos estes cenários podem causar um curto-circuito interno indireto ou direto na célula da bateria.
O ensaio obrigatório de curto-circuito interno da célula da bateria destina-se a verificar se a célula da bateria tem um curto-circuito interno e se se incendiará ou explodirá quando ocorrer um curto-circuito interno, simulando a situação extrema, de modo a identificar as características de segurança intrínsecas da célula da bateria, bem como as características de segurança do sistema da bateria.
Aplicação do ensaio de curto-circuito interno forçado
A maioria das normas de baterias regula o teste obrigatório de curto-circuito interno para células de baterias, e muitas marcas de baterias e aplicações de baterias adoptaram este programa de teste como especificação corporativa.
O ensaio obrigatório de curto-circuito interno para células de bateria é amplamente utilizado na avaliação de materiais para pilhasO desenvolvimento, a conceção, o processo de fabrico e até a conformidade dos módulos e sistemas de baterias.
Normas para o ensaio obrigatório de curto-circuitos internos
IEC 62133-2:2017/AMD1:2021 (Baterias portáteis)
Apêndice 9 (edição 1) (Pilhas portáteis)
JIS C 62133-2:2020 (Baterias portáteis)
IEC 62660-3:2016 (Baterias eléctricas)
IEC 62619:2017 (Baterias industriais de armazenamento de energia)
Métodos para forçar o ensaio de curto-circuito interno numa célula de bateria
A desmontagem da célula é um passo crítico no ensaio obrigatório de curto-circuito interno da célula, mas é também extremamente difícil e controverso.