يحدث الهروب الحراري في بطاريات الليثيوم أيون لعدة أسباب ، والتي يمكن أن تؤدي أيضا إلى نتائج مختلفة جدا في أسوأ الحالات. في هذه الطريقة ، نحاول محاكاة خطر كارثي في خلية واحدة ، وقد ثبت أن البروتوكول يوفر الاتساق في النتائج لمحاكاة نوع الخطر الذي نريد إنشاءه. الميزة الرئيسية لإجراء الاختبار هذا هي أنه يقيس المعلمات المختلفة في الموقع في اختبار واحد.
تميز بيانات النتيجة الزمنية بشكل شامل الحدث العابر للهروب الحراري لبطارية ليثيوم أيون والحرائق. تتطلب هذه التجربة مزامنة الحصول على البيانات من العديد من أجهزة الاستشعار و FDIR وتسجيل الفيديو. يجب على المشغل اتباع إجراءات التشغيل القياسية لتشغيل أجهزة متعددة خطوة بخطوة بشكل صحيح.
هذا يضمن نجاح التجارب بنتائج متسقة وبدون مخاطر محتملة على الأفراد والأجهزة. سيوضح الإجراء بوشكال كانان ، طالب PD ، والدكتور أنكيت شارما ، باحث ما بعد الدكتوراه من مختبري. للبدء ، قم بتثبيت مرشح جديد أو نظيف في وحدة صمام المرشح.
افتح صمام أسطوانة النيتروجين المتصل بمحلل الغاز ، واضبط معدل تدفق النيتروجين على 150 إلى 250 سم مكعب في الدقيقة. باستخدام إعداد الخلية ، قم بقياس الجهد الأولي وكتلة الخلية بدقة 0.01 جرام ، وسجلها في ورقة تسجيل التجربة. قم بتوصيل شريط تسخين بوسط الخلية.
تأكد من أن أسلاك شريط التسخين تشير إلى الجانب السالب من الخلية. التقط صورة للخلية مع الشريط. قم بتوصيل ثلاثة مزدوجات حرارية بسطح الخلية ، واحدة بالقرب من الطرف الموجب ، وواحدة في المنتصف ، وواحدة في الأسفل بالقرب من الطرف السالب للخلية باستخدام شريط مقاوم للحرارة العالية.
استخدم المزدوجة الحرارية بالقرب من الطرف الموجب للتحكم في معدل التسخين من خلال المشتق المتكامل النسبي ، أو PID. يجب أن تكون جميع المزدوجات الحرارية الثلاثة على بعد خمسة ملليمترات من حافة شريط التسخين. التقط صورة للخلية بمسطرة لتأكيد المسافة من شريط التسخين.
حدد علامات تبويب النيكل الملحومة على الأطراف الموجبة والسالبة للخلية لقياس جهد الخلية ، ثم قم بتحميل الخلية على حامل الخلية. ضع الخلية وحامل الخلية على توازن الكتلة في الغرفة. قم بتوصيل الموصلات الحرارية وشريط التسخين وعلامات تبويب النيكل بمقابس وأسلاك تغذية الغرفة.
قم بتشغيل وحدة تحكم PID لشريط التسخين ، وقم بإعداد ملف تعريف التسخين. قم بتوصيل الكابلات الخاصة بوحدة تحكم PID ، والحصول على البيانات ، وتوازن الكتلة بجهاز كمبيوتر محمول ، وابدأ برنامج الحصول على البيانات على الكمبيوتر المحمول. تأكد من أن جميع قراءات المستشعر الموضحة في برنامج الحصول على البيانات معقولة.
بعد التحقق من القياسات ، قم بإيقاف تشغيل برنامج الحصول على البيانات. اضبط إعدادات كاميرا الفيديو الأمامية والجانبية ، وتوازن اللون الأبيض اليدوي ، والتركيز اليدوي ، والتعرض التلقائي ، وقزحية العين التلقائية ، وسرعة الغالق التلقائي. تأكد من امتلاء بطارية كاميرا الفيديو.
ضع كاميرا الفيديو الأمامية على حامل ثلاثي القوائم خارج الحجرة ، وابدأ التسجيل على كاميرا الفيديو الجانبية ، وضعها داخل صندوق حماية في الحجرة. بعد التحقق من زاوية كاميرا الفيديو الجانبية والعرض ، قم بقفل صندوق الحماية. أغلق الحجرة ، وتأكد من تثبيت جميع البراغي الموجودة على ألواح الغطاء بإحكام.
استخدم مضخة الفراغ أو الحجاب الحاجز لإجراء فحص التسرب ، وتغيير مدخل FTIR من الهواء المحيط إلى الغرفة. ثم قم بتوصيل خط إرجاع FTIR بالغرفة. اضبط وحدة التحكم PID على وضع نقع المنحدر ، وأطفئ الضوء في الغرفة وضوء LED في الغرفة.
ابدأ تسجيل كاميرا الفيديو الأمامية ، ثم قم بتسجيل عملية بدء التشغيل التالية لمزامنة الحصول على البيانات وتسجيل الفيديو. ابدأ تسجيل البيانات وبرنامج الحصول على البيانات على الكمبيوتر المحمول. ابدأ وضع نقع منحدر PID في 10 ثوان على مؤقت برنامج الحصول على البيانات ، وقم بتشغيل ضوء LED للغرفة ، وابدأ تسجيل FTIR.
ضع كاميرا الفيديو الأمامية على الحامل ثلاثي القوائم، وتابع تسجيل التجربة. انتقل إلى غرفة مختلفة ، واستمر في مراقبة لوحة الحصول على البيانات على الكمبيوتر المحمول من خلال برنامج سطح مكتب يتم التحكم فيه عن بعد. عند حدوث هروب حراري ، أو بعد أن تحافظ وحدة التحكم PID على درجة حرارة الخلية عند 200 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة ، قم بإيقاف تشغيل الطاقة عن شريط التسخين ، واضبط وحدة التحكم PID على وضع الاستعداد.
قم بإنهاء التجربة وتسجيل البيانات عندما تصبح جميع القراءات الحرارية الثلاث أقل من 40 درجة مئوية. قم بتطهير محلل الغاز FTIR بالنيتروجين لتنظيف الأنبوب في المحلل لمدة 15 دقيقة تقريبا. بعد التطهير ، أوقف قياس FTIR.
قبل إجراء تنظيف الغرفة بالمكنسة الكهربائية ، تحقق مما إذا كان خط أخذ العينات FTIR مغلقا أو مفتوحا للهواء المحيط. حدد الهواء المحيط على برنامج Protea Analyzer ، أو برنامج PAS-Pro ، أو قم بإيقاف تشغيل FTIR تماما. افتح الصمام الأول للتحضير للكنس الجزئي للغرفة باستخدام مضخة الحجاب الحاجز المقاومة للمواد الكيميائية ، وقم بتشغيل مضخة الحجاب الحاجز حتى ينخفض ضغط الغرفة إلى 9.7 رطل لكل بوصة مربعة مطلقة.
قم بإيقاف تشغيل مضخة الحجاب الحاجز ، وأغلق الصمام الأول ، ثم افتح الصمام الثالث لملء الحجرة بالهواء المحيط. أغلق الصمام الثالث عندما يتعافى ضغط الغرفة إلى الضغط المحيط. بعد خفض تركيز الغازات السامة عن طريق تفريغ الغرفة جزئيا باستخدام مضخة الحجاب الحاجز ، قم بتشغيل مضخة الوريد الدوار حتى ينخفض ضغط الغرفة إلى 4.7 رطل لكل بوصة مربعة مطلقة لإزالة بقية الغازات السامة.
افتح الحجرة واسترجع كاميرا الفيديو والخلية. التقط صورا قبل وأثناء وبعد إخراج الخلية من حامل الخلية. وزن الخلية ، وتسجيل كتلة ما بعد الاختبار للخلية.
أخيرا ، بعد معالجة البيانات التي تم جمعها ، وإنشاء مخططات لتصور التطور الزمني لجميع القياسات. يظهر في هذا الشكل بيانات درجة حرارة الخلية وفقدان الكتلة التي تم الحصول عليها لخلية أسطوانية 18650 عند حالة شحن 75٪. يشير فقدان الكتلة إلى فترتين متميزتين لإطلاق الغاز ، واحدة أثناء تنفيس الخلية ، والأخرى أثناء الهروب الحراري.
تركيزات الأنواع الرئيسية من الهيدروكربونات والغازات السامة موضحة هنا. يمكن استخدام التيار والجهد المسجل المزود لشريط التسخين لحساب مدخلات الطاقة للخلية. يتم عرض البيانات التمثيلية للجهد والتيار المزود لشريط التسخين والطاقة المحسوبة والطاقة المزودة لشريط التسخين هنا.
العامل الأكثر أهمية هنا هو ضمان السلامة أثناء وبعد كل تجربة. يجب أن تمنع التجربة حدوث ماس كهربائي خارجي لخلية الاختبار. والعوامل الحاسمة الأخرى تؤكد أن الخلية SoC ومعدلات التسخين تم التحقق من صحتها قبل الاختبار.
من الضروري أيضا إغلاق الغرفة تماما لحصر عادم الغازات السامة ، واتباع إجراء التنظيف بالضبط لإزالة الغازات بطريقة آمنة. يمكن تمديد إجراء الاختبار لدراسة تطبيق الحريق بتنسيقات ووحدات خلايا مختلفة ، مما يعزز فهمنا للهروب الحراري وتحجيم حريق البطارية في البطاريات متعددة الخلايا. تتيح بيانات النتائج الزمنية الشاملة التي تم جمعها في إجراء الاختبار هذا تطوير نماذج ونظريات مستقبلية لبطاريات الليثيوم أيون.
سيساعد أيضا على فهم كيفية زيادة حجم حريق البطارية.
