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方形NCM 43Ah電芯大面不同位置的擠壓測試

這個測試是由寧波工程學院做的,是一個很有趣的試驗,它對電芯大面進行了區域分割,分別對每個區域進行擠壓測試,然後觀察電芯的熱失控情況,總體來看,靠近電芯正極的區域是最為薄弱的,風險最高。

測試所用電芯為VDA PHEV2型電芯,比能為191。4Wh/kg,具體的引數資訊如下:

額定容量 43Ah

額定電壓 3。65V

電壓範圍2。8V-4。2V

尺寸:148 mm× 92 mm× 27。5 mm

重量:0。82±0。03 kg

正極材料:NCM

電芯的基本構造如下所示:

方形NCM 43Ah電芯大面不同位置的擠壓測試

將電芯的大面分成15份,以及所用的夾具,如下:

方形NCM 43Ah電芯大面不同位置的擠壓測試

對上述區域分別進行擠壓,對測試過程中的擠壓力、發生短路時的位移和溫度進行監測,對比如下。其中,a圖為力的對比;b圖為短路位移的對比;c圖為最高溫度的對比。

方形NCM 43Ah電芯大面不同位置的擠壓測試

可以看出:

(1)在位置14短路最快(圖b中),因為它的位移最小,大約為5。35mm;

(2)在位置15最容易短路,它所需要施加的力最小,大約為6359牛,而且熱失控反應也最為激烈,溫度是所有區域測試中最高的,約449。0 °C;

(3)位置3、4、5是相對安全的,測試中的溫度最大分別為122。2 °C, 118。9 °C和120。7 °C,說明電芯內的反應較為緩和,而且這些區域所需要施加的力也較大,最小的也要達到24。89 kN。

另一方面,不同區域進行擠壓的熱失控情況也不同:

(1)產生煙霧,無明火:位置4, 5, 12和14。位置14的測試後的電芯及拆開電芯後的圖如下:可以看出,電芯體jellyrol呈碳黑色,有幾層被灼燒。

方形NCM 43Ah電芯大面不同位置的擠壓測試

(2)迸射火星,輕微著火:位置1, 2, 3,11和13。位置13的測試後的電芯及拆開電芯後的圖如下:可以看出電芯體jellyrol被灼燒的程度有所加大。

方形NCM 43Ah電芯大面不同位置的擠壓測試

(3)劇烈燃燒:位置6,7,9,10和15。位置6測試後的電芯及拆開電芯後的圖如下:

方形NCM 43Ah電芯大面不同位置的擠壓測試

由於在測試過程時,電芯的電量已經基本放完(10%SOC),所以如果在滿電時,擠壓的熱失控反應會更劇烈些。整體看下來,靠近正極的區域是風險最高的,與正極相對應的地部區域風險較低。各個區域的熱像圖對比如下:

方形NCM 43Ah電芯大面不同位置的擠壓測試

有興趣的可以找個該文獻詳細瞭解:DOI: 10。1115/1。4049237。