Proceso y medidas preventivas del desbordamiento térmico de las baterías
El problema del desbordamiento térmico de la batería debe tomarse en serio. Aunque la propia batería desprende calor constantemente y tiene dificultades para disiparlo, el desbordamiento térmico puede evitarse con medidas adecuadas y un mantenimiento cuidadoso.
Proceso de embalamiento térmico de la batería
El desbordamiento térmico de la batería se debe a que la tasa de generación de calor de la batería es mucho mayor que la tasa de disipación de calor, y se acumula una gran cantidad de calor que no se disipa a tiempo. Esencialmente, el desbordamiento térmico es un proceso de bucle de retroalimentación positiva de energía: el aumento de la temperatura hace que el sistema se caliente, lo que a su vez hace que el sistema se caliente más. Sin una división estricta, el desbordamiento térmico de la batería puede dividirse en tres etapas:
● Fase de embalamiento térmico dentro de la batería
Debido a un cortocircuito interno, al calentamiento externo o al autocalentamiento de la propia batería durante la carga y descarga a alta corriente, la temperatura interna de la batería aumenta hasta unos 90°C a 100°C, y la sal de litio LiPF6 comienza a descomponerse. La actividad química del ánodo de carbono en estado cargado es muy alta, cercana a la del litio metálico, y la película de SEI de la superficie se descompone a alta temperatura, y los iones de litio incrustados en el grafito reaccionan con el electrolito y el aglutinante, elevando aún más la temperatura de la batería hasta los 150 °C.
A esta temperatura, se produce una nueva reacción exotérmica violenta, por ejemplo, una gran cantidad de electrolito se descompone para generar PF5, y el PF5 cataliza además la reacción de descomposición de los disolventes orgánicos.
● Etapa de batería hinchada
Cuando la temperatura de la batería supera los 200°C, el material del cátodo se descompone, liberando una gran cantidad de calor y gas, y la temperatura sigue aumentando. Eso provoca batería hinchada. A 250-350°C, el ánodo intercalado de litio comienza a reaccionar con el electrolito.
● Fuga térmica de la batería, fase de fallo por explosión
Durante el proceso de reacción, el material del cátodo cargado comienza a sufrir una violenta reacción de descomposición, y el electrolito sufre una violenta reacción de oxidación, liberando una gran cantidad de calor, generando una alta temperatura y una gran cantidad de gas, y la batería arderá y explotará.
Parámetros característicos del desbordamiento térmico de la batería y alerta temprana
En lo que respecta a la alerta temprana del desbordamiento térmico de la batería, se trata principalmente de supervisar y advertir a la batería del estado crítico de desbordamiento térmico de la batería. Mediante la supervisión de uno o varios parámetros característicos y gases característicos, la fuga térmica de la batería puede ser eficazmente pre-avisado, a fin de evitar la gran pérdida económica causada por la fuga térmica.
Temperatura
El sistema de alerta precoz de la batería utiliza detectores de temperatura para controlar la temperatura. Cuando la temperatura supera la temperatura crítica, se emite un mensaje de alerta temprana. Para la ley de producción de calor de Pilas 18650 a diferentes aumentos, se determinó un esquema de alerta temprana de tres niveles, con 50 °C como temperatura de alerta temprana de primer nivel, 70 °C como temperatura de alerta temprana de segundo nivel y 80 °C como temperatura de alerta temprana de tercer nivel.
Resistencia interna
Por lo general, la batería se encuentra dentro del rango de temperatura de trabajo normal, y la resistencia interna de la batería disminuye a medida que aumenta la temperatura, pero cuando la batería supera el rango de trabajo normal o incluso se produce el desbordamiento térmico de la batería, la resistencia interna de la batería aumentará significativamente.
Teniendo en cuenta que el cambio repentino en la resistencia interna de la batería no está necesariamente causado por el desbocamiento térmico de la batería, y la batería está sujeta a perturbaciones externas que provocan un mal contacto, la resistencia interna también cambiará.
Tensión
El proceso de caída de tensión en los diferentes métodos de disparo es diferente. Pero de hecho, el cambio de la tensión de la batería es muy complejo y la regularidad es pobre, y cuando la tensión cae bruscamente, la batería suele fallar, y en este momento se ha producido el desbocamiento térmico. Además de la fuga térmica de la batería, a veces la batería tiene mal contacto, lo que también hará que el voltaje de la batería cambie repentinamente.
Gases y humos característicos
La batería produce CO, H2, HF, diversos hidrocarburos, etc. durante el proceso de embalamiento térmico. La aparición de estos gases característicos provocará un rápido aumento de la concentración de los gases en el entorno circundante. El uso de los sensores correspondientes para controlar estos gases y el humo también es un método de control importante para el desbordamiento térmico de la batería.
Causas del desbordamiento térmico de la batería del SAI
Hay muchas razones por las que las baterías de los SAI se desbocan térmicamente. Un alto voltaje de carga y una gran evolución del gas provocarán el desbordamiento térmico de la batería. Si una batería monocelular del paquete de baterías sufre un desbordamiento térmico grave, pero el valor de tensión constante de carga no cambia, la tensión de carga de otras baterías monocelulares también será relativamente alta, lo que provocará problemas de desbordamiento térmico. El análisis específico es el siguiente:
● Dificultad de disipación del calor debido al montaje compacto
En las baterías compactas, el electrolito se almacena en separadores porosos, lo que dificulta la disipación del calor. A diferencia de las baterías de plomo-ácido ordinarias, puede agitar el electrolito durante la carga y la evolución del gas, lo que favorece la disipación del calor. Cuando se produce un cortocircuito parcial en el interior de la batería, su temperatura aumenta aún más.
● La temperatura es alta y la corriente de flotación aumentará en verano
Si la tensión de flotación no se reduce a tiempo, la temperatura de la batería aumentará rápidamente. La tensión de carga es demasiado alta, y la evolución del gas es demasiado grande, lo que provoca un exceso de circulación de oxígeno. Si hay un microcortocircuito en una de las baterías del pack de baterías, también equivale a aumentar la tensión de carga.
● La válvula de seguridad no es estanca o la presión de apertura de la válvula es demasiado baja
El fenómeno del desbordamiento térmico de la batería es muy típico. La consecuencia directa del desbordamiento térmico de la batería es que el electrolito interno de la batería del SAI se seca, la resistencia interna de la batería del SAI es anormal, la carcasa de la batería se deforma y se expande, o incluso se rompe, y se emite una gran cantidad de gas ácido.
El incendio y la explosión de la batería son los peligros de fuga térmica más comunes en los sistemas de baterías de potencia, y su impacto es aún más grave. No solo causará daños materiales y medioambientales, sino que incluso puede provocar lesiones personales o poner en peligro la vida.
Cómo evitar el desbordamiento térmico de la batería y medidas de prevención
Batería de litio del SAI El desbordamiento térmico significa que cuando la batería se carga a tensión constante, la corriente de carga y la temperatura de la batería del SAI tienen un efecto de aumento acumulativo, y dañan gradualmente la batería. El desbordamiento térmico de la batería hará que la batería pierda agua rápidamente, y el electrolito en el diafragma se secará rápidamente, y finalmente la batería fallará. Los siguientes pasos pueden prevenir eficazmente el desbordamiento térmico de la batería del SAI:
● El equipo de carga debe tener función de compensación de temperatura o límite de corriente;
● Controle estrictamente la calidad de la válvula de seguridad, para que el gas del interior de la batería pueda descargarse con normalidad;
● La batería del SAI debe colocarse en un lugar bien ventilado, y la temperatura de la batería del SAI debe estar controlada.
En resumen, podemos hacer lo siguiente para evitar el desbordamiento térmico de la batería:
● Selección correcta y ajuste oportuno de la tensión de flotación.
● La reacción de recombinación del oxígeno se lleva a cabo en el ánodo, por lo que la temperatura de éste es la más alta. Además, los polos y las rejillas son metálicos, buenos conductores del calor. Son definitivamente más sensibles al aumento de temperatura de la batería que la carcasa exterior. Por lo tanto, la temperatura del ánodo debe controlarse continuamente durante la carga. Especialmente en verano o al mediodía, preste especial atención a si la temperatura de la batería aumenta.
● El equipo de carga debe disponer de funciones de compensación de temperatura y limitación de corriente.
● Controle estrictamente la calidad de la válvula de seguridad para evitar fallos y garantizar la descarga normal del gas dentro de la batería.
