개별 전지셀과 모듈 전지셀의 팽윤 성능 상관관계 분석 원문보기 KCI 원문보기 인용
새로운 에너지 산업의 급속한 발전으로 리튬 이온 구동 차량이 널리 사용되고 있으며 리튬 이온 배터리의 안전 성능이 점점 더 중요해지고 있습니다. 직렬 또는 병렬로 연결된 개별 배터리 셀로 구성된 모듈의 장기 충전 및 방전 주기 동안 셀은 리튬 추출 및 가스 생성으로 인해 어느 정도의 팽창을 경험하게 되며, 이는 모듈 케이스의 구조적 강도에 영향을 미칩니다. . 배터리 팩 또는 차량 시스템에서부종단일 배터리의 힘이 너무 크면 외부 케이싱이 파열되어 안전 위험이 발생할 수 있습니다. 따라서 모니터링부종성능은 배터리의 장기 사이클링 테스트에 필요합니다. 배터리 셀은 서로 다른 수량과 서로 다른 직렬-병렬 구성으로 배터리 모듈에 결합되고 서로 다른 설계된 모듈의 사전 조임력도 다양하기 때문에 영향을 미치는 여러 요인에 대한 실험이 필요합니다.부종성능을 미리 탐색부종모듈을 더 잘 설계하는 데 도움이 될 수 있는 시뮬레이션 및 모델링과 결합된 배터리 셀 모듈의 변형 법칙. 이 실험은 배터리 모듈의 예측 및 시뮬레이션을 위한 기초 데이터를 제공합니다.부종비교하여 힘부종두께와부종충전 및 방전 동안 단일 셀 및 다중 셀의 힘 상관 관계.
그림 1. 단일 셀 및 모듈의 개략도
1. 실험장비 및 시험방법
1.1 실험장비: ~ 안에-현장 팽창 분석기, 모델 SWE2110(IEST), 장비 외관은 그림 2와 같다.
그림 2. SWE2110 장비의 외관
1.2 테스트 절차
1.2.1 셀 정보는 표 1과 같다.
표 1. 테스트 셀 정보
1.2.2 충전-방전 프로세스: 25°C 휴식 60분; 0.5C CC ~ 4.35V, 이력서 ~ 0.05C, 30분 휴식; 1.0C DC ~ 3.0V.
1.3 셀 두께 팽윤 테스트: 테스트할 셀을 장치의 해당 채널에 넣고 놓치다 소프트웨어를 열고 각 채널에 해당하는 셀 번호 및 샘플링 주파수 매개 변수를 설정하면 소프트웨어가 자동으로 셀 두께, 두께 변화를 읽습니다. , 테스트 온도, 전류, 전압, 용량 및 기타 데이터.
2. 실험 과정 및 데이터 분석
그림 3에서 볼 수 있듯이 셀 및 모듈 스웰링 테스트에는 일반적으로 세 가지 모드가 있습니다. (c) 일정한 간격 배터리 셀 스웰링 측정.
균형 잡힌 조건에서 세 가지 상황에 대한 힘 분석은 그림 3에 나와 있습니다. 첫 번째 경우 외부 쉘은부종내부 코어의 외부 쉘과 코어의 힘은 균형을 이루고 외부 힘은 0입니다. 두 경우 모두 셀에 외부 예압 하중(F0)이 가해져 셀 케이스의 초기 변위(그림 3b의 s0 및 s0,c)가 발생하고 위상 측 결속판이 셀에 수직 방향으로 증가합니다. 전극 위의 등가 강성 KS, 평형 조건에서 사전 조임력 F0(양쪽 바인딩 버전의 힘 Fs와 동일)은 와인딩 코어와 배터리 케이스에 가해지는 힘의 합과 같습니다. 세 번째 경우, 간격을 지속적으로 측정할 때 간격이 고정된 조건에서부종배터리가 팽창할 때 와인딩 코어와 배터리 케이스의 상태도 자유 조건에서와 다릅니다.
요컨대, 모듈은 여러 배터리의 조합이므로 배터리 케이스와 배터리 사이의 플라스틱 개스킷은 스트레스 과정에서 수축 및 팽창합니다. 시험된 두께와 힘은부종및 전극의 리튬 삽입 및 탈착의 수축 및부종다른 구성 요소의 수축은 결합된 결과입니다. 본 논문에서는 정압 및 정간격 테스트 모드를 사용하여 모노머와 모듈 간의 상관관계를 연구하였다.
그림 3 셀 및 모듈 단위 팽윤 테스트의 세 가지 모드.
2.1 모노머의 팽윤두께와 모듈의 상관관계 탐색
그림 4에서 볼 수 있듯이 단일 셀 사이의 중간층을 시뮬레이션하기 위해 테스트 전에 흰색 애완 동물 필름을 셀에 붙여넣었습니다. 셀의 중첩 시험 방법은 그림 5와 같다. ~에-현장 팽윤 분석기(SWE2110)를 켜고 200kg 정압 모드, 충방전을 병렬로 설정하고 개별 셀과 적층 셀의 팽윤 두께 변화를 테스트한다. 그림 6과 같이 원 위치에서 실선은 전기 코어의 실제 팽윤 곡선이고 점선은 적합 중첩 곡선(산술 합)입니다. 그 결과 단전지와 적층전지 모두 전하 팽창과 방전 수축 현상을 보이는데, 이는 주로 리튬 디인터칼레이션 과정에서 발생하는 흑연과 삼원계 물질의 구조적 팽창과 수축 때문이다.
그림 4. 애완 동물 필름을 사용한 배터리의 개략도
그림 5. 세포 중첩의 개략도
그림 6. 각 배터리 셀의 팽창 두께와 중첩 후의 변화 곡선
2.2 모노머의 팽윤력과 모듈의 관계 탐색
일정한 갭 모드, 충전 및 방전을 병렬로 설정하고 테스트부종그림 7과 같이 ~에 현장 충전 및 방전 과정에서 단일 셀과 적층 셀의 힘 변화. 결과로부터 모듈의 적층 셀 수가 증가함에 따라 모듈의 총 팽창력은 계속해서 증가하지만 모듈 셀의 팽창력의 절대값은 단일 셀의 팽창력과 다중 관계가 없습니다. 여러 단세포의 팽윤력의 합보다 작고, 세포가 많이 쌓일수록 절대값의 차이가 커진다. 이것은 일정한 간격을 제어하기 위한 경계 조건일 수 있으며, 이는 모듈 내의 셀을 만들게 됩니다. 그리고 그 차이에 대한 이유는 더 자세히 조사할 필요가 있습니다. 그룹핑 전 단셀의 용량과 그룹핑 후의 단셀 용량을 동시에 고려하여 비교할 수 있다. 적층 후 압력은 선형적으로 증가하지 않으며, 이는 적층 후 셀의 중첩된 압력이 임계값에 도달하기 때문일 수 있습니다. 폴 피스 사이의 공간을 압축하거나 더 미세한 치수는 배터리 성능에 반영될 수밖에 없습니다!
그림 7. 의 변동 곡선부종각 배터리 셀의 힘과 중첩
위의 결과에서 모듈 또는 PACK은 배터리 팩 케이싱에 고정적으로 설치되며 단일 셀 사이의 개스킷은 전체 힘에 상대적으로 큰 영향을 미치고부종모듈의. 우수한 배터리 모듈 디자인은부종단세포의. 최근 CATL이 출시한 기린 배터리는 수평과 수직 빔, 수냉판, 단열 패드를 하나로 결합해 다기능 탄성 중간막으로 통합해 사용 니즈를 통합했다. 중간층에 마이크로 브리지 연결 장치가 내장되어 배터리 코어의 호흡과 유연하게 협력하여 자유롭게 확장 및 수축하고 배터리 수명 주기의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
그림 8. CATL 내 기린 전지의 다기능 탄성 중간막
3. 요약
본 논문에서는 ~에-현장 팽윤 분석기(SWE)를 사용하여 충전 및 방전 과정에서 동일한 시스템 단일 셀과 다른 수의 모듈 셀의 팽윤 두께와 팽윤력을 분석했습니다. 정압 모드에서 모듈 셀의 팽윤 두께 변화 추세는 단일 셀 산술 합으로 맞출 수 있지만 단순 산술 피팅 방법은 일정한 간격 모드에서 만족하지 못하며 이는 힘 두 경계 조건의 측정 모드에서 단일 셀의. 다음 단계 다양한 테스트 모드에서 힘 모델을 계속 탐색하고 전극의 팽윤 과정을 더 자세히 분석할 수 있습니다.
참고문헌
1.용건 리, 추앙 웨이, 유마오 성, 페이펑 자오 및 카이 우 리튬 이온 전원 배터리의 팽윤력,안에. 공학.화학. 해상도,2020, 59, 27, 12313–12318.
2.오 켄터키, 에푸레아누 BI, 시겔 제이비 등. 충전식 리튬 이온 배터리 셀[J]에 대한 현상학적 힘 및 팽윤 모델. 전원학회지, 2016, 310(4월 1일):118-129.
삼.마틴 우엔차, 카우프마나, 단도 우베 자우어. 순환 수명 및 임피던스 스펙트럼에 대한 자동차 파우치 셀의 다양한 브레이싱의 영향 조사. 에너지 저장 저널 21 (2019) 149–155.
4. 치우 시타오, 첸 차오하이, 장 지빙.배터리 모듈 팽창력에 대한 발포체 성능의 영향.광동 화학적인 산업, 2020, 47(22): 1-3d