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圆柱形32650锂电池的安全性分析 - 32650锂电池安全吗_32650锂电池的安全性分析

2018年04月17日 15:47 网络整理 作者: 用户评论(0

  2.散热方面的对比

  在单体散热方面,由于圆柱型电池和方型电池的形状不同,散热效果表现差别较大。以50Ah方型电池为例,其表面积容量比大约在1x10-3m2/Ah;而32650-5Ah圆柱电池的表面积容量比约为1.6x10-3m2/Ah;相比之下大了60%。在外界条件完全相同的情况下,圆柱型小电池在散热方面具有天然的优势。

  圆柱型电池在组合时,电池之间有纵向间隙,这为电池的散热提供天然的散热途径。理论上散热截面积至少在15.9%(紧密排列)和21.9%(立方排列)。图3为沃特玛圆柱电池的组合结构实物图,可以看出组合后具有良好的散热通道。圆柱电池组合的天然的散热通道保证了电池的散热效果,提高了电芯安全性。

  3.安全机制对比

  两种电池结构都具有防爆安全阀。方型电池的安全阀一般位于端侧,阀面积要大于圆柱电池的安全阀。但是如果考虑到电池的容量,即单位容量的阀面积,方型电池要远远小于圆柱电池。一旦电池出现失效情况,特别是极端的撞击情况,方型电池安全阀的有效性要落后于小型圆柱电池。圆柱电池组合盖帽兼具防爆安全阀和电流切断装置CID(CurrentInterruptDevice),如图4所示。这一点在方型电池上很少应用。当出现外部短路或当电池内压达到1.2MPa安全警戒值时,首先CID装置启动,正负极之间断开,主动切断电流自行保护,电池内部回路断开;当电池内压到1.8MPa安全警戒值时,泄压构件安全阀会打开,气体排出,避免爆炸风险。目前,安全型组合盖帽工艺成熟,使圆柱型电芯的安全性得到了很好的保证。

  图3圆柱型电池组合结构

  图4圆柱电池组合盖帽结构图

  4.成组一致性对比

  众所周知,单体电池的一致性对电池组的寿命、安全性等各个方面指标具有较大的影响。大方型电池生产工艺的复杂性决定了目前单体电池的一致性较差。在成组后电池的一致性问题直接对安全性造成影响。因为容量少,内阻高的电池更多的面临过充过放带来的风险。圆柱电池生产工艺成熟,电池一致性较高。在电池组合后,低容量电池出现的几率较低。即使出现低容量电池,由于多个并联,通过自均衡的方式最大程度上消除了不一致的影响。

  5.圆柱电池安全测试

  为了验证圆柱电池的安全性,对圆柱单体电池及电池组进行了安全测试。图5为圆柱型电池组针刺实验照片。当钢钉穿透电池时,电池内电解液泄露,电池表面温度急剧升高,电压缓慢下降,电解液汽化冒出少量白烟,包裹电池用的绝缘塑料胶套被高温熔化,过程持续大约10min后现象消失,最终短路电池电压降为零,过程最高温度上升到141℃。电池不爆炸,不燃烧。完全符合UL2580(及SAEJ2464)标准。图6为圆柱型电池组撞击测试前后的照片。电池组在遭到重物撞击后,电池明显受损,但电池无起火、无漏液、无冒烟或爆炸,电池电压基本无变化。符合UL1642标准。表2为电池组进行的安全测试项目。从实测结果看,圆柱型电池表现出良好的安全性能。图7为更为苛刻的焚烧测试过程照片。从实测结果看,电池的防爆片开启的电池表面温度在240℃左右,电池释放出气体,电解液局部燃烧,不出现爆炸现象。火焰熄灭后电池壳体结构也并未遭到破坏。根据UL1642要求“实验过程中单体电池的全部和部分不应该穿透钢丝网”,从实验结果标明安全性达到UL标准。

  目前小型圆柱电池已经大量应用于电动汽车中,为了验证电池在汽车事故中的安全性,对整车进行了碰撞测试。碰撞标准按C-NCAP进行。对该车分别进行时速50公里与刚性固定障碍100%重叠率正面碰撞,时速56公里对可变形障碍40%重叠率的正面偏置碰撞,可变形移动障碍时速50公里与车辆的侧面碰撞。图8为整车碰撞后的照片。从碰撞后车辆取下电池进行检测,电池组基本完好,无冒烟,无燃烧。整车碰撞实验验证了小型圆柱电池应用于电动汽车的安全优势。

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  图5电池组针刺实验

  图6圆柱型电池组撞击测试

  电池在常温下以3A(0.6C)充满至280V(78串),静置30min后用10kg重量从1m高处自由落下撞击到电池上。(a)测试前;(b)测试后。

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  表2沃特玛电池组2505E(250V,5Ah)安全测试结果

  图7圆柱型电池焚烧测试

  图8沃特玛电池在整车碰撞测试中表现。(a)碰撞后汽车;(b)碰撞后电池组

  结论

  32650-5Ah圆柱型磷酸铁锂电池,在应用于电动汽车等动力应用领域具有较高的安全特性。这是由于单体电池容量小,结构设计合理,组合结构安全等因素决定的。该型磷酸铁锂动力电池通过串并联组合的形式应用于动力领域是未来的发展方向。

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( 发表人:姚远香 )

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