Анализ корреляции между показателями набухания отдельных элементов аккумуляторной батареи и модульных аккумуляторных элементов
С быстрым развитием новой энергетической отрасли широко используются автомобили с литий-ионными двигателями, и безопасность литий-ионных аккумуляторов становится все более важной. Во время длительного цикла заряда и разряда модуля, состоящего из отдельных аккумуляторных элементов, соединенных последовательно или параллельно, элементы будут в определенной степени набухать из-за извлечения лития и образования газа, что повлияет на структурную прочность корпуса модуля. . В аккумуляторной батарее или системе автомобиля, еслиприпухлостьмощность одной батареи слишком велика, это может привести к разрыву внешнего корпуса и создать угрозу безопасности. Поэтому мониторинг заприпухлостьпроизводительность требуется при длительных циклических испытаниях батарей. Так как аккумуляторные элементы объединяются в аккумуляторные модули в разном количестве и разной последовательно-параллельной конфигурации, а усилие предварительной затяжки разных по конструкции модулей также будет различаться, необходимо провести эксперименты по нескольким факторам, влияющим наприпухлостьпроизводительность для предварительного изученияприпухлостьзакон вариации аккумуляторных элементов-модулей в сочетании с симуляцией и моделированием, что может помочь лучше спроектировать модули. Этот эксперимент предоставляет основные данные для прогнозирования и моделирования аккумуляторного модуля.припухлостьсилу, сравниваяприпухлостьтолщина иприпухлостькорреляция сил одиночной и многоэлементной во время заряда и разряда.
Рисунок 1. Схематическая диаграмма одиночной ячейки и модуля
1. Экспериментальное оборудование и методы испытаний
1.1 Экспериментальное оборудование: Анализатор набухания на месте, модель SWE2110 (ИЭСТ), внешний вид оборудования показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Внешний вид оборудования SWE2110
1.2 Процедура испытаний
1.2.1 Информация о ячейке показана в таблице 1.
Таблица 1. Информация о тестовой ячейке
1.2.2 Процесс зарядки-разрядки: 25°C, отдых 60 мин; от 0,5°C до 4,35 В, резюме до 0,05°C; отдых 30мин; 1,0C постоянного тока до 3,0 В.
1.3 Тест на набухание по толщине ячейки: поместите тестируемую ячейку в соответствующий канал устройства, откройте программное обеспечение СКУЧАТЬ, установите номер ячейки и параметры частоты дискретизации, соответствующие каждому каналу, и программное обеспечение автоматически считывает толщину ячейки, изменение толщины , тестовая температура, ток, напряжение, емкость и другие данные.
2. Экспериментальный процесс и анализ данных
Как показано на рисунке 3, обычно существует три режима испытаний на распухание элементов и модулей: (а) измерение свободного набухания без каких-либо ограничений: (б) измерение набухания элемента батареи с постоянной предварительной нагрузкой; (c) постоянный зазор Измерение набухания элемента батареи.
Силовой анализ трех ситуаций в сбалансированных условиях показан на рис. 3. В первом случае внешняя оболочка ограничиваетприпухлостьвнутреннего ядра силы на внешнюю оболочку и ядро уравновешены, а внешняя сила равна нулю; В обоих случаях к ячейке прикладывается внешняя предварительная нагрузка (F0), вызывающая начальное смещение корпуса ячейки (s0 и s0,c на рис. 3б), а пластины привязки со стороны фаз увеличивают направление, перпендикулярное к ячейке. электроды Эквивалентная жесткость КС выше, усилие предварительной затяжки F0 в условиях равновесия (такое же, как усилие Фс связанного варианта с обеих сторон) равно сумме усилий на сердечнике обмотки и корпусе батареи; в третьем случае при измерении зазора постоянно, т.к. зазор при фиксированных условияхприпухлостьсердечника обмотки и корпуса батареи при расширении батареи также отличается от таковой в свободном состоянии.
Короче говоря, поскольку модуль представляет собой комбинацию нескольких батарей, пластиковая прокладка между корпусом батареи и батареей будет сжиматься и расширяться в процессе нагрузки. Толщина и испытанная сила являютсяприпухлостьи сокращение интеркаляции лития и десорбции электродов иприпухлостьи сокращение других компонентов являются комбинированным результатом. В этой статье режимы испытаний с постоянным давлением и постоянным зазором используются для изучения корреляции между мономером и модулем.
Рис. 3. Три режима испытания на набухание ячейки и модуля.
2.1 Исследование корреляции между толщиной набухания мономера и модулем
Как показано на рис. 4, для имитации прослойки между отдельными ячейками перед тестированием на ячейки наклеивали белую ПЭТ-пленку. Метод испытания ячеек с наложением показан на рисунке 5. Включите анализатор набухания на месте (SWE2110), установите режим постоянного давления 200 кг, зарядку и разрядку параллельно и проверьте изменения толщины набухания отдельных ячеек и ячеек в стопке. в место, как показано на рис. 6: сплошная линия — электрическая кривая фактического распухания ядра, пунктирная линия — подобранная кривая наложения (арифметическая сумма). Судя по результатам, как одиночная ячейка, так и многослойная ячейка демонстрируют явление распухания заряда и сжатия разряда, что в основном связано со структурным вздутием и сжатием графита и тройных материалов, вызванным процессом деинтеркаляции лития.
Рисунок 4. Принципиальная схема аккумулятора с пленкой ПЭТ
Рисунок 5. Схематическая диаграмма суперпозиции ячеек
Рисунок 6. Кривые изменения толщины вздутия каждого элемента батареи и после наложения
2.2 Исследование взаимосвязи между силой набухания мономера и модуля
Установите режим постоянного зазора, зарядку и разрядку параллельно и проверьтеприпухлостьизменения силы одиночного элемента и элемента в пакете в процессе зарядки и разрядки на месте, как показано на рисунке 7. Из результатов видно, что по мере увеличения числа элементов в пакете в модуле общая сила набухания модуля продолжает увеличиваться. увеличиваются, но абсолютная величина силы набухания модульной ячейки не имеет множественной зависимости от силы набухания одиночной ячейки. Он меньше, чем сумма сил набухания нескольких отдельных клеток, и чем больше клеток уложено друг на друга, тем больше разница в абсолютном значении. Это может быть граничным условием для контроля постоянного зазора, который сделает элементы в модуле. Состояние элемента батареи отличается от состояния отдельного элемента батареи при зарядке и разрядке, что влияет на электрохимические характеристики, и причину этой разницы необходимо исследовать дополнительно. Емкость отдельных ячеек до группировки и емкость отдельных ячеек после группировки можно учитывать и сравнивать одновременно. Давление после укладки не увеличивается линейно, что может быть связано с тем, что наложенное давление ячеек после укладки достигает критического значения. Сжатие пространства между полюсными наконечниками или даже микроскопические размеры обязательно отразятся на производительности батареи!
Рисунок 7. Кривая измененияприпухлостьсила каждой ячейки батареи и суперпозиция
Судя по приведенным выше результатам, модуль или ПАКЕТ неподвижно установлены в корпусе аккумуляторной батареи, а прокладки между отдельными элементами будут иметь относительно большое влияние на общую силу иприпухлостьмодуля. Отличная конструкция модуля батареи может устранитьприпухлостьодиночных клеток. Недавно выпущенная CATL батарея Кирин объединяет потребности использования, объединяя горизонтальные и вертикальные балки, пластины с водяным охлаждением и теплоизоляционные прокладки в одно целое и объединяя их в многофункциональную эластичную прослойку. В промежуточный слой встроено соединительное устройство с микромостом, которое может гибко взаимодействовать с дыханием ядра батареи, свободно расширяясь и сжимаясь, и повышая надежность жизненного цикла батареи.
Рисунок 8. Многофункциональная эластичная прослойка батареи Кирин в CATL
3. Резюме
В этой статье анализатор набухания на месте (Швеция) используется для анализа толщины набухания и силы набухания одного и того же элемента системы и разного количества модульных элементов в процессе зарядки и разрядки. Установлено, что толщина набухания ячеек модуля в режиме постоянного давления Тенденция изменения может быть аппроксимирована одноячеечной арифметической суммой, но простой арифметический метод аппроксимации не выполняется в режиме постоянного зазора, отличного от силы одиночной ячейки в режиме измерения двух граничных условий. Следующий шаг. Вы можете продолжить изучение силовой модели при различных режимах испытаний и более подробно проанализировать процесс набухания электрода.
Справочная литература
1.Юнкун Ли, Чуанг Вэй, Юмао Шэн, Фейпэн Цзяо и Кай Ву Сила набухания в литий-ионных силовых батареях,В. инж.хим. Рез,2020, 59, 27, 12313–12318.
2.О КЙ, Епуряну БИ, Сигел Дж.Б. и др. Феноменологические модели силы и набухания для перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов [J]. Журнал источников энергии, 2016 г., 310 (1 апреля): 118–129.
3.Мартин ВуНша, Кауфмана, Дирк Уве Зауэр. Исследование влияния различных креплений автомобильных подсумков на циклическое время жизни и спектр импеданса. Журнал накопления энергии 21 (2019) 149–155.
4. Цю Шитао, Чен Чаохай, Цзян Цзибин Влияние характеристик пены на силу расширения модуля батареи Гуандунская химическая промышленность, 2020, 47(22): 1-3d