Проверка влияния типов зажимов на результаты испытаний на тепловой разгон аккумуляторов HWS

В этом исследовании используются стандартные образцы с различными типами зажимов и калибровочное устройство калориметра для моделирования экспериментов по адиабатическому тепловому разгону для высокотемпературных безопасных (HWS) батарей. В нем изучается, как различные зажимы влияют на характеристики теплового разгона батареи и результаты испытаний на адиабатический подъем температуры, с целью предоставления рекомендаций пользователям по оптимальным методам зажима образцов.

Рисунок 1: Адиабатический калориметр с большой батареей BAC-420AE

Введение

Избежание рисков тепловой безопасности литиевых батарей требует получения параметров тепловых характеристик для разработки защитных мер и систем раннего оповещения. В отрасли в основном используется калориметр с ускорением (ARC) для проверки ключевых тепловых параметров литиевых батарей. Это устройство измеряет характеристики самонагрева в адиабатических условиях, предоставляя данные о тепловом разгоне или повышении температуры (GB/T 36276-2023).

В процессе эксперимента батареи часто разбухают из-за внутреннего газообразования при высоких температурах. Зажимы обычно используются для фиксации датчиков температуры, предотвращая аномалии измерений из-за отсоединения датчика или плохого контакта, тем самым обеспечивая точность данных. Однако зажимы обладают тепловой инерцией, которая может поглощать тепло от батареи, что потенциально приводит к заниженным скоростям повышения температуры и задержке обнаружения ключевых температур, таких как начало самонагрева (T _onset ).

В этом исследовании используется калибровочное устройство калориметра батареи для научной оценки влияния различных зажимов и методов установки на характеристики теплового разгона батареи и адиабатического повышения температуры. Моделируя кривую повышения температуры теплового разгона конкретной тройной литий-ионной батареи, мы оцениваем ошибки обнаружения в скорости самонагрева образца.

Рисунок 2: Калибровочное устройство адиабатического калориметра батареи

Экспериментальные результаты

Без зажима

Рисунок 3: Стандартный блок сопротивления без зажима

Рисунок 4: Кривые повышения температуры HWS (слева) и зависимости скорости повышения температуры от температуры (справа) стандартного блока сопротивления без зажима

Металлический зажим для пластины

Рисунок 5: Подготовка образца с помощью металлического зажима

Рисунок 6: Кривые повышения температуры HWS (слева) и зависимости скорости повышения температуры от температуры (справа) стандартного блока сопротивления с использованием зажима металлической пластины

Металлический зажим с встроенной теплоизоляционной лентой

Рисунок 7. Подготовка образца с помощью металлического зажима с встроенной теплоизоляционной лентой

Рисунок 8. Кривые повышения температуры ГВС (слева) и скорости повышения температуры от температуры (справа) стандартного блока сопротивления с металлическим пластинчатым зажимом, снабженным встроенной теплоизоляционной лентой.

Металлический зажим с термоизоляционным слоем из хлопка

Рисунок 9. Подготовка образца с помощью металлического зажима с теплоизоляционным слоем из хлопка

Рисунок 10. Кривые повышения температуры HWS (слева) и скорости повышения температуры от температуры (справа) стандартного блока сопротивления с использованием зажима в виде металлической пластины с теплоизоляционным слоем из хлопка. 05 Зажим со стальным ребром.

Стальной реберный зажим

Рисунок 11: Подготовка образца с помощью стального ребристого зажима

Рисунок 12: Кривые повышения температуры HWS (слева) и скорости повышения температуры от температуры (справа) стандартного блока сопротивления с использованием стального ребристого зажима.

Дальнейшее сравнение скоростей повышения температуры стандартных образцов, измеренных при различных методах зажима, показано в таблице 1:

Таблица 1: Сравнение скоростей повышения температуры клея стандартных образцов на этапе адиабатического отслеживания при различных методах зажима

Сравнивая скорости повышения температуры стандартных образцов на различных этапах, температуры обнаружения Тонсета и скорости повышения температуры при различных температурах во время фазы отслеживания в различных экспериментальных условиях, мы пришли к следующему выводу:

• На рисунках 4, 4 и 12 показано, что добавление зажимов к стандартному блоку сопротивления приводит к некоторому поглощению тепла, что приводит к небольшой задержке в температуре Tonset, обнаруженной ARC. Эта задержка коррелирует с теплоемкостью зажимов. В то время как стальные ребристые зажимы с более низкими значениями Phi минимально влияют на измерения скорости повышения температуры, выбор правильного зажима может удерживать отклонения ниже 0,005 °C/мин, гарантируя приемлемые результаты теста Tonset.
• Сравнения, представленные на рисунках 6 и 8, показывают, что обычно используемые теплоизоляционные ленты, такие как тефлон, обеспечивают минимальную изоляцию во время экспериментов и не снижают существенно тепловую инерцию (значение Фи) зажимов.
• .Рисунки 4, 6 и 10 показывают, что вставка теплоизоляционной ваты между батареей и металлическим зажимом пластины обеспечивает некоторую изоляцию, заметно снижая теплопередачу. Однако это не может обеспечить полную теплоизоляцию. Таким образом, тепловая инерция металлических зажимов пластины все еще может влиять на результаты испытаний.

Для снижения влияния зажимов на результаты испытаний рекомендуется использовать для крепления термопар стальные ребристые зажимы с меньшей теплоемкостью, а также изолировать зажимы от батареи теплоизоляционной ватой.

Заключение

В этом исследовании использовался большой адиабатический калориметр BAC-420AE и калибровочное устройство для моделирования экспериментов по тепловому разгону. В нем оценивалось влияние различных методов зажима на обнаружение саморазогрева образца. Результаты показывают, что для экспериментов по адиабатическому тепловому разгону и характеристике повышения температуры в условиях высокотемпературной безопасности (HWS) предпочтительным является использование стальных ребристых зажимов с более низкой теплоемкостью. Этот выбор повышает точность тестирования термодинамических параметров.