Li의 에너지 방출 정량화

이 기사에서는 전기 자동차에서 가전제품, 의료 기기, 항공우주 응용 분야에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용되는 리튬 이온 셀 및 배터리 팩과 관련된 열폭주 이벤트 중에 방출되는 에너지를 특성화하기 위한 실험적 프레임워크를 제시합니다. 리튬이온 배터리와 배터리 열폭주에 대해 간략하게 소개합니다. 그 다음 기사에서는 열폭주를 겪고 있는 세포에서 에너지 방출을 얻기 위한 다양한 방법을 설명합니다.

첫 번째 방법은 밀봉된 압력 용기 내부의 셀을 테스트하는 것입니다. 이를 통해 열 폭주로 인해 생성된 가스의 양을 추정하고 배출 가스 구성을 정량적으로 평가할 수 있습니다. 이 기술은 일반적으로 열 폭주와 관련된 가연성 위험을 평가하는 데 사용됩니다. 설명된 두 번째 방법은 산소 소비 열량계입니다. 이 기술은 화학 분석을 통해 열폭주를 겪고 있는 셀에서 방출되는 열을 추정합니다(예: 소비된 산소의 양 및 관련 열 방출).

세 번째 및 네 번째 방법에는 배터리 열 폭주 이벤트 중에 생성된 에너지를 추정하기 위해 설계된 두 가지 기술, 즉 가속율 열량계(ARC)가 포함되며, 부분 열 폭주를 사용하여 배터리 열 폭주 오류 중에 방출되는 현열 에너지를 추정하도록 설계된 새로운 방법이 포함됩니다. 열량계(FTRC) 장치.

지난 10년 동안 리튬 이온(Li-ion) 배터리는 자동차, 가전제품, 항공우주 응용 분야를 비롯한 다양한 산업 분야에서 선택되는 에너지 저장 기술이 되었습니다. 리튬 이온 배터리의 화학적 성질이 개선됨에 따라 배터리 에너지와 전력 밀도가 증가했습니다. 리튬 금속 함유 셀의 구현을 포함하여 에너지 밀도가 증가하면 잠재적인 위험 및/또는 배터리 고장의 심각도가 높아집니다. 증가된 위험은 더 많은 양의 에너지와 내부 구성 요소의 더 얇고 엄격한 공차로 인해 발생합니다.

배터리 화재로 이어질 수 있는 치명적인 고장 메커니즘 중 하나는 열폭주입니다. 전기 자동차 또는 고정식 에너지 ​​저장 시스템에 일반적으로 사용되는 것과 같은 대형 다중 셀 팩에서는 고장난 셀 하나에서 발생하는 열이 인접한 셀을 가열하여 배터리 팩 전체에 열 폭포가 발생할 수 있습니다. 일반적으로 리튬 이온 배터리 팩 집단 내에서 단일 셀 오류가 가끔 발생할 것으로 예상됩니다. 이러한 고장 전파 가능성은 재산과 안전에 대한 위험을 증가시킵니다.

UL(Underwriters Laboratories)은 최근 에너지 저장 시스템의 전파 장애 경향을 평가하기 위한 새로운 테스트 방법(UL 9540A, 배터리 에너지 저장 시스템의 열 폭주 화재 전파 평가를 위한 테스트 방법)을 만들었습니다. 고장 확산에 대한 우려의 한 가지 이유는 열 폭주 사건으로 인해 가연성 가스가 배출될 수 있고 이러한 가스가 제한된 공간에서 점화될 경우 화재나 과압 사건이 발생할 수 있다는 것입니다. 전파로 인해 여러 번의 고장이 발생하면 이후에 더 많은 양의 가연성 가스가 방출됩니다.

배터리 열 폭주 오류 시 발생하는 에너지를 정확하게 평가하는 것은 안전 및 성능 관점에서 모든 배터리 구동 제품 설계에 매우 중요합니다. 정확한 에너지 생산량 추정은 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 작업에 유용합니다.

배터리 열폭주 고장 중에 방출되는 에너지는 사건 중에 진화된 현열 에너지 및 화학 에너지 구성 요소를 평가하여 대략적으로 평가할 수 있습니다. 현열 에너지 구성 요소는 열 폭주 실패(연소 사건이 발생하기 전) 동안 경험하는 수준으로 전지 몸체, 가스 및 분출물의 온도를 높이는 데 필요한 에너지 양을 추정하여 평가할 수 있습니다. 화학적 에너지 성분은 열폭주 사건 동안 세포체에서 방출된 배기가스의 연소에 의해 방출되는 에너지를 추정함으로써 평가할 수 있습니다. 연소 에너지의 특성을 파악하려면 고장 발생 시 방출되는 배출 가스의 조성과 양을 특성화해야 합니다.