Överladdningsförsäkring av litiumjärnfosfatbatterier under högtemperatursmiljö

Litiumjärnfosfatbatterier har fördelar som hög energitäthet, hög säkerhet, hög temperaturbeständighet, låg kostnad, många cyklar och lång livslängd och används allmänt inom områdena elektriska fordon och energilagring. För att uppfylla de faktiska tillämpningsbehoven ansluts vanligtvis en stor mängd enskilda celler i serie eller parallell för att skapa en batteripack. Dock kan detta högenergisystem orsaka allvarligare konsekvenser när termisk sprickning inträffar.

Överladdning och överhettning anses vara en av de huvudsakliga faktorerna som leder till termisk utslagning i batterier, men vanligtvis utförs endast tester med en enskild faktor, och om det tänds eld eller exploderar används som kriterium för att bestämma om testet har godkänts eller misslyckats. I den faktiska situationen med termisk utslagning hos batterier kan processen påbörjas av en enskild faktor på tidig etapp, men när utslagningen utvecklas kommer den alltmer att utvecklas till en situation där flera faktorer är kopplade och drivna, vilket gör konsekvenserna av termisk utslagning allvarligare. Det har praktisk betydelse att studera kopplings-effekten hos litiumjärnfosfat-litiumjonbatterier under olika missbruksscenarier. Överladdning anses vara en viktig orsak till batteribränder. Den tidiga standarden för överladdning av konsumentsbatterier var 3C/4.8V. Eftersom konsumentsbatterier vanligtvis används ensamt och med framstegen inom batteriteknik har termisk utslagning orsakad av överladdning minskat markant, har dagens standarder betydligt slappnat i sina krav på överladdningsparametrar. Överhettningstester simulerar ofta smältning av dielktriken eller nedbrytning av den fasta elektrolytgränssnittsfilmen (SEI) vid temperaturen 130°C eller 85°C.

Säkerhetsproblemet med batterier är i grunden batteriens termiska egenskaper. D.P. Kong och kollegerna studerade termiska egenskaper hos litium-järn-fosfat-litiumjonbatterier efter lokal uppvärmning på olika positioner och fann att att uppvärma botten av batteriet är mer sannolikt att orsaka termisk flykt än att uppvärma andra positioner. P.J. Liu och kollegerna studerade effekterna av två missbruksmetoder, överhettning och överladdning, på termisk flykt hos litium-järn-fosfat-litiumjonbatterier. Resultaten visade att jämfört med överhettning så är brandrisken orsakad av överladdning högre, och batteriet brinner mer våldsamt under testen. Termisk flykt är också betydligt relaterad till laddningsgraden (SOC) av batteriet. Till exempel använde P.J. Liu och kollegerna en uppvärmningsplatta för att simulera termisk-flyktsprocessen utlöst av missbruk av närliggande batterier i modulen och fann att utsättningstemperaturen vid 50% SOC är högre än för batterier vid 100% SOC. K. Wang och kollegerna utförde en överladdningstest på litium-järn-fosfat-litiumjonbatterier vid 0.5C och identifierade att de gaser som släpptes under termisk flykt huvudsakligen var väte (H2), kolväte (CO) och koldioxid (CO2), samt olika alkaner.

Storskalig serie- och parallellanslutning av batterier ökar mycket sannolikheten för överladnings- och överentomningsrisker, eftersom om ett batteri har ett problem kan värmeutbredningen orsaka att hela batteripacken tänds eld på och exploderar. Inte bara det, den producerade brinnbara gaserna blandade med luft kan också orsaka en allvarligare explosion.

För att förbättra batteriens säkerhet i praktiska tillämpningsfall är det nödvändigt att förstärka batteriets tolerans mot flera former av missbruk, vilket blir ett fokus för akademisk och industriell uppmärksamhet.

Utöver detta bör man även undvika att ladda batteriet när det helt slutat på energi, vilket lätt kan orsaka oåterkallelig skada på batteriet.

När litiumferrofosfatbatteriet är fullt laddat bör laddningen stoppas omedelbart, annars kommer batteriet att överladdas, vilket leder till en förkortad batterilivslängd eller till och med farliga situationer som kortslutningar.

Att använda batteriet i en högtemperaturn miljö påverkar också dess prestanda.

Metoden med konstant strömavläggning syftar på att kontrollera storleken på avläggningsströmmen så att batteriet släpper ut energi på ett konstant sätt. Den är lämplig för snabb avläggning av järnfosforlithiumbatterier.