不同温度下锰酸锂动力电池的撞击实验
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分别使电池的宽面和窄面承受重物撞击, 如图 1 所 示。
图 1 实验中电池与铁棒的放置位置 Fig11 T he location of battery and bar dur ing the test 通过粘附于电池表面的热电偶监测电 池表面的温 度, 热 电偶的分布见图 2。
图 2 热电偶的分布 Fig1 2 Schematic diagram of thermocouple distr ibut ion 113 实验内容 将在室 温( 20 e ) 下搁 置后的 电池 IT 20 1、IT 20 2 和 IT 20 4 按图 1b 所示, 电池 IT 203、IT 205 按图 1a 所示进 行撞击 实验; 将在- 30 e 下搁置后的电池 IT - 30 1、IT - 30 3 和 IT - 305 按图 1b 所示, 电池 IT - 302、IT - 30 4 按图 1a 所示进行撞击实 验; 将 在 40 e 下搁置后 的电池 IT 403、IT 404 和 IT 405 按图 1b 所示, 电池 IT 40 1、IT 402 按 图 1a 所 示进行 撞击实 验; 将 在 65 e 下 搁置后的电池 I T 65 1、IT 65 4 按图 1b 所示, 电 池 IT 65 2、IT 65 5 和 IT 65 3 按图 1a 所示进行撞击实验。 用 T C53 高精 度电 池性 能测 试系 统( 广 州产 ) 测试 电池 的性能; 用 F LU K E 2620 数据采集器( 广州产) 采 集各项实验 参数。
01 39 01 36
IT 405 IT 204
41 55 61 25
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Key words: env ironmental temperature; lit hium manganese ox ide ( L iM n2O4 ) pow er battery; impact test
我国有关电动汽车( EV) 用锂 离子动力电 池的研 究取得 了一定的进展[ 1- 2] 。针对锂离子动力电池, 先后 出台了 G B/ Z 1833311- 20015 电动道路车辆 用锂离子蓄 电池6[ 3] 和 QC/ T 743- 20065电动汽车用锂离 子蓄电池6 等标准[ 4] 。这些标 准中, 针对模拟车辆碰撞事故的电池重 物撞击实 验均在室温 下进行, 而在实际工况下, 电池可能在各种温度下工作。
3411 89 221 30 251 97 241 04 261 31 401 02 401 96 1891 56 741 41 1091 17 651 20 1211 55 631 90 3181 39 1461 16
着火 未 未 未 未 未 未
着火 未
着火 未
着火 未
着火 着火
观察电池 可见, 由于铁 棒挤 压出现 了凹 痕, 电池中 间相 对变薄, 且内部也受到了挤压, 即电极和隔膜 也受到了 挤压,
2 结果与讨论
在不同温度环境下( - 30 e 、20 e 、40 e 和 65 e ) 搁置
后, 快速进行的重物撞击实验, 结果见表 1。 表 1 重物撞击实验结果
Table 1 T he results of impact tests
搁置温度 / e
样品序号 最高温度 / e
着火情况
IT 201
第 42 卷 第 5 期 2012 年 10 月
#技术交流#
电
池
BAT T ERY BI MO NT HL Y
Vol142, No1 5 Oct1, 2012
不同温度下锰酸锂动力电池的撞击实验
王宏伟1 , 刘 军2, 邓 爽3 , 肖海清1
[ 11 中国检验检疫科学研究院机电产品安全研究所, 工业与消费品安全研究所, 北京 100123; 21 北京石油化工工程有限公司, 北京 100107; 31 中认英泰( 江苏) 检测技术有限公司, 江苏 苏州 215104]
电 压 31 7 V , 额定容量 11 A h, 内阻 [ 6 m8 。为了得到相对准 确的实验结果 , 减小其他因素的影响, 所选 20 只电 池样品均
作者简介: 王宏伟( 1978- ) , 女, 山西 人, 中国检验检疫科学研究院助理研究员, 研究方向: 失效分析 与可靠性, 本文联系人; 刘 军( 1979- ) , 男, 浙江 人, 北京石油化工工程有限公司工程师, 研究方向: 供配电系统 ; 邓 爽( 1981- ) , 男, 江苏 人, 中认英泰( 江苏) 检测技术有限公司工程师, 研究方向: 电池及零部件 检测; 肖海清( 1978- ) , 男, 北京 人, 中国检验检疫科学研究院副研究员, 研究方向: 失效分析与 可靠性。
基金项目: 国家质检总局科技计划项目
电
池
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BAT T ERY BI MO NT HL Y
第 42 卷
取自同一批次, 并在实验前, 充放电预循 环 10 次。充放电条 件为: 在 20? 2 e 下, 以 3 500 mA 恒流放电至电压为 217 V , 静置 1 h, 然后以 3 500 mA 恒流充电至电压为 41 2 V , 转恒压 充电至电流降至 350 mA, 静置 1 h。
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未
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未
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着火
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- 30 40 65
IT- 301 IT- 302 IT- 303 IT- 304 IT- 305 IT 401 IT 402 IT 403 IT 404 IT 405 IT 651 IT 652 IT 653 IT 654 IT 655
under different temperatures( - 30 e - 20 e , 40 e and 65 e ) 1T he total safety per for mance of the exper iment used L iM n2O4 pow er battery was poor1 In impact process, the higher the env ironment temperature was, the worse the battery ther mal stability w as1 T he battery was prone to occur thermal runaw ay such as fir e when the temperatur e rise rate was high1T emperature rising rate and maximum temperatur e w as a linear and cubic polyno mial relationship of the samples that did not burn and burned during impact tests, respectively1
电池的 长、宽和高 分别为 133 mm、66 mm 和 18 mm; 采 用叠片 式, 包装 为方 形金 属铝 壳; 正、负 极活 性材 料分 别为 L iM n2O4 和石墨, 电 解液 的 主要 成 分 为 L iP F6、碳酸 乙 烯酯 ( EC) 和碳酸二甲酯( DM C) , 隔膜为 Celg ar d 2325 膜。 112 实验方法
Beij ing 100107, China; 31 CQ C I ntime ( S uz hou ) T esting T echnology Co1, L td, Suz hou, Jiangsu 215104, China]
Abstract: T he impact tests were quickly taken to the commercial lithium mang anese ox ide( LiM n2O 4) po wer battery after stored
将 100% SOC( 荷电状态) 的电 池放置在 SPHH- 101 型调 温调湿箱( 广州产) 中, 并设置 不同的 温度( - 30 e 、40 e 和 65 e ) , 保 温 180 min;
将待测电池从调温调湿箱中取出, 迅速放在 防爆撞击箱 的平面上, 将直径为 151 8 mm 的 钢棒放 在样品 中心, 让质量 为 91 1 kg 的重锤从 1 000 ? 15 mm 的高度落在此钢棒 上, 继 续观察样品 6 h[ 5- 7] 。
F ig1 3 Changes of temperature based on the thermocouple distribution data of batter y IT 20 3 and IT 65 2
撞击实验时所有试样的最高温度和温升速率见表 2。 从表 2 可知, 排除 电池撞 击实验 后, 电池相 当于从 - 30 e 、40 e 或 65 e 的 调温 调湿箱 中取 出, 在室 温条 件下 搁置 至常温的温 度变 化的 数 据( 与样 品直 接从 - 30 e 、40 e 或 65 e 的调温调湿箱中取 出, 在室 温条件 下搁置 至常温, 不经 过撞击试验的 温度变 化类 似) 。 撞击实 验中, 电 池最高 温度 与温 升速率的关系见图 4。
隔膜 没能有 效地隔 离正、负极, 造成 电池正、负极 短路, 引起 内部的放热反 应, 产生了大量的热, 热量到达 一定值后, 引起 了着 火、爆炸等现象。
电池 IT 20 3 和 IT 652 在实验过程中 各布点温度 的变化如 图 3 所示。
图 3 电池 IT 203 和 I T 652 各布点温度的变化
本文作者针对锰酸锂动力电池, 在 不同的温 度环境下搁 置后, 快速进行重物 撞击实 验, 研究 了环境 温度 对电 池安全
性的 影响, 以及电池在实验过程中的温度变化规律。
1 实验
111 实验样品 本文采用的实验样品型号和参数如下: 功率 型 单体 电 池 IM P18/ 66/ 133- 11HA ( 苏州 产 ) , 额 定
摘要: 将锰酸锂动力电池在不同温度( - 30 e 、20 e 、40 e 和 65 e ) 下搁置后, 快速进 行重物 撞击实 验。实验所 用锰酸 锂 动力电池的总体安全性较差 ; 电池在撞击过程中, 实验环境温度越高, 电池 的安全性越 差; 温 升速率 越快, 越容易 发生着 火 等热失控现象。未着火与着火试样的 温升速率与最高温度分别呈线性和 3 次多项式的关系。 关键词: 环境温度; 锰酸锂动力电池 ; 撞击实验 中图分类号: T M 9121 9 文献标识码: A 文章编号: 1001- 1579( 2012) 05- 0257- 03
第5期
王宏伟, 等: 不同温度下锰酸锂动力电池的 撞击实验
259来自百度文库
表 2 撞击实验中各试样的温度数据 Table 2 T he temper ature data of each sample in impact test
未着火
着火
试样
温升速率/ e #s- 1
试样
温升速率/ e #s- 1
IT201 IT202
Impact test of LiMn2O4 power battery under different temperatures
WANG H ong- w ei1, L IU Jun2, DENG Shuang3, XIAO H a-i qing1
[ 11 I nstitute of Mechanical and Electr ical Pr oduct Saf ety , I nstitute of I ndus tr ial and Cons umer Product Saf ety , Chinese A cademy of I nspection and Quar antine, Beij ing 100123, China; 21 Beij ing Petr ochemical Engineer ing Co1 , L td1 ,
图 1 实验中电池与铁棒的放置位置 Fig11 T he location of battery and bar dur ing the test 通过粘附于电池表面的热电偶监测电 池表面的温 度, 热 电偶的分布见图 2。
图 2 热电偶的分布 Fig1 2 Schematic diagram of thermocouple distr ibut ion 113 实验内容 将在室 温( 20 e ) 下搁 置后的 电池 IT 20 1、IT 20 2 和 IT 20 4 按图 1b 所示, 电池 IT 203、IT 205 按图 1a 所示进 行撞击 实验; 将在- 30 e 下搁置后的电池 IT - 30 1、IT - 30 3 和 IT - 305 按图 1b 所示, 电池 IT - 302、IT - 30 4 按图 1a 所示进行撞击实 验; 将 在 40 e 下搁置后 的电池 IT 403、IT 404 和 IT 405 按图 1b 所示, 电池 IT 40 1、IT 402 按 图 1a 所 示进行 撞击实 验; 将 在 65 e 下 搁置后的电池 I T 65 1、IT 65 4 按图 1b 所示, 电 池 IT 65 2、IT 65 5 和 IT 65 3 按图 1a 所示进行撞击实验。 用 T C53 高精 度电 池性 能测 试系 统( 广 州产 ) 测试 电池 的性能; 用 F LU K E 2620 数据采集器( 广州产) 采 集各项实验 参数。
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Key words: env ironmental temperature; lit hium manganese ox ide ( L iM n2O4 ) pow er battery; impact test
我国有关电动汽车( EV) 用锂 离子动力电 池的研 究取得 了一定的进展[ 1- 2] 。针对锂离子动力电池, 先后 出台了 G B/ Z 1833311- 20015 电动道路车辆 用锂离子蓄 电池6[ 3] 和 QC/ T 743- 20065电动汽车用锂离 子蓄电池6 等标准[ 4] 。这些标 准中, 针对模拟车辆碰撞事故的电池重 物撞击实 验均在室温 下进行, 而在实际工况下, 电池可能在各种温度下工作。
3411 89 221 30 251 97 241 04 261 31 401 02 401 96 1891 56 741 41 1091 17 651 20 1211 55 631 90 3181 39 1461 16
着火 未 未 未 未 未 未
着火 未
着火 未
着火 未
着火 着火
观察电池 可见, 由于铁 棒挤 压出现 了凹 痕, 电池中 间相 对变薄, 且内部也受到了挤压, 即电极和隔膜 也受到了 挤压,
2 结果与讨论
在不同温度环境下( - 30 e 、20 e 、40 e 和 65 e ) 搁置
后, 快速进行的重物撞击实验, 结果见表 1。 表 1 重物撞击实验结果
Table 1 T he results of impact tests
搁置温度 / e
样品序号 最高温度 / e
着火情况
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第 42 卷 第 5 期 2012 年 10 月
#技术交流#
电
池
BAT T ERY BI MO NT HL Y
Vol142, No1 5 Oct1, 2012
不同温度下锰酸锂动力电池的撞击实验
王宏伟1 , 刘 军2, 邓 爽3 , 肖海清1
[ 11 中国检验检疫科学研究院机电产品安全研究所, 工业与消费品安全研究所, 北京 100123; 21 北京石油化工工程有限公司, 北京 100107; 31 中认英泰( 江苏) 检测技术有限公司, 江苏 苏州 215104]
电 压 31 7 V , 额定容量 11 A h, 内阻 [ 6 m8 。为了得到相对准 确的实验结果 , 减小其他因素的影响, 所选 20 只电 池样品均
作者简介: 王宏伟( 1978- ) , 女, 山西 人, 中国检验检疫科学研究院助理研究员, 研究方向: 失效分析 与可靠性, 本文联系人; 刘 军( 1979- ) , 男, 浙江 人, 北京石油化工工程有限公司工程师, 研究方向: 供配电系统 ; 邓 爽( 1981- ) , 男, 江苏 人, 中认英泰( 江苏) 检测技术有限公司工程师, 研究方向: 电池及零部件 检测; 肖海清( 1978- ) , 男, 北京 人, 中国检验检疫科学研究院副研究员, 研究方向: 失效分析与 可靠性。
基金项目: 国家质检总局科技计划项目
电
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取自同一批次, 并在实验前, 充放电预循 环 10 次。充放电条 件为: 在 20? 2 e 下, 以 3 500 mA 恒流放电至电压为 217 V , 静置 1 h, 然后以 3 500 mA 恒流充电至电压为 41 2 V , 转恒压 充电至电流降至 350 mA, 静置 1 h。
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- 30 40 65
IT- 301 IT- 302 IT- 303 IT- 304 IT- 305 IT 401 IT 402 IT 403 IT 404 IT 405 IT 651 IT 652 IT 653 IT 654 IT 655
under different temperatures( - 30 e - 20 e , 40 e and 65 e ) 1T he total safety per for mance of the exper iment used L iM n2O4 pow er battery was poor1 In impact process, the higher the env ironment temperature was, the worse the battery ther mal stability w as1 T he battery was prone to occur thermal runaw ay such as fir e when the temperatur e rise rate was high1T emperature rising rate and maximum temperatur e w as a linear and cubic polyno mial relationship of the samples that did not burn and burned during impact tests, respectively1
电池的 长、宽和高 分别为 133 mm、66 mm 和 18 mm; 采 用叠片 式, 包装 为方 形金 属铝 壳; 正、负 极活 性材 料分 别为 L iM n2O4 和石墨, 电 解液 的 主要 成 分 为 L iP F6、碳酸 乙 烯酯 ( EC) 和碳酸二甲酯( DM C) , 隔膜为 Celg ar d 2325 膜。 112 实验方法
Beij ing 100107, China; 31 CQ C I ntime ( S uz hou ) T esting T echnology Co1, L td, Suz hou, Jiangsu 215104, China]
Abstract: T he impact tests were quickly taken to the commercial lithium mang anese ox ide( LiM n2O 4) po wer battery after stored
将 100% SOC( 荷电状态) 的电 池放置在 SPHH- 101 型调 温调湿箱( 广州产) 中, 并设置 不同的 温度( - 30 e 、40 e 和 65 e ) , 保 温 180 min;
将待测电池从调温调湿箱中取出, 迅速放在 防爆撞击箱 的平面上, 将直径为 151 8 mm 的 钢棒放 在样品 中心, 让质量 为 91 1 kg 的重锤从 1 000 ? 15 mm 的高度落在此钢棒 上, 继 续观察样品 6 h[ 5- 7] 。
F ig1 3 Changes of temperature based on the thermocouple distribution data of batter y IT 20 3 and IT 65 2
撞击实验时所有试样的最高温度和温升速率见表 2。 从表 2 可知, 排除 电池撞 击实验 后, 电池相 当于从 - 30 e 、40 e 或 65 e 的 调温 调湿箱 中取 出, 在室 温条 件下 搁置 至常温的温 度变 化的 数 据( 与样 品直 接从 - 30 e 、40 e 或 65 e 的调温调湿箱中取 出, 在室 温条件 下搁置 至常温, 不经 过撞击试验的 温度变 化类 似) 。 撞击实 验中, 电 池最高 温度 与温 升速率的关系见图 4。
隔膜 没能有 效地隔 离正、负极, 造成 电池正、负极 短路, 引起 内部的放热反 应, 产生了大量的热, 热量到达 一定值后, 引起 了着 火、爆炸等现象。
电池 IT 20 3 和 IT 652 在实验过程中 各布点温度 的变化如 图 3 所示。
图 3 电池 IT 203 和 I T 652 各布点温度的变化
本文作者针对锰酸锂动力电池, 在 不同的温 度环境下搁 置后, 快速进行重物 撞击实 验, 研究 了环境 温度 对电 池安全
性的 影响, 以及电池在实验过程中的温度变化规律。
1 实验
111 实验样品 本文采用的实验样品型号和参数如下: 功率 型 单体 电 池 IM P18/ 66/ 133- 11HA ( 苏州 产 ) , 额 定
摘要: 将锰酸锂动力电池在不同温度( - 30 e 、20 e 、40 e 和 65 e ) 下搁置后, 快速进 行重物 撞击实 验。实验所 用锰酸 锂 动力电池的总体安全性较差 ; 电池在撞击过程中, 实验环境温度越高, 电池 的安全性越 差; 温 升速率 越快, 越容易 发生着 火 等热失控现象。未着火与着火试样的 温升速率与最高温度分别呈线性和 3 次多项式的关系。 关键词: 环境温度; 锰酸锂动力电池 ; 撞击实验 中图分类号: T M 9121 9 文献标识码: A 文章编号: 1001- 1579( 2012) 05- 0257- 03
第5期
王宏伟, 等: 不同温度下锰酸锂动力电池的 撞击实验
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表 2 撞击实验中各试样的温度数据 Table 2 T he temper ature data of each sample in impact test
未着火
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试样
温升速率/ e #s- 1
试样
温升速率/ e #s- 1
IT201 IT202
Impact test of LiMn2O4 power battery under different temperatures
WANG H ong- w ei1, L IU Jun2, DENG Shuang3, XIAO H a-i qing1
[ 11 I nstitute of Mechanical and Electr ical Pr oduct Saf ety , I nstitute of I ndus tr ial and Cons umer Product Saf ety , Chinese A cademy of I nspection and Quar antine, Beij ing 100123, China; 21 Beij ing Petr ochemical Engineer ing Co1 , L td1 ,