신에너지 배터리의 열폭주 시험 챔버
신에너지 산업의 급속한 발전과 함께 다양한 신에너지 배터리가 경제와 사회에서 중요한 역할을 하고 있습니다.
이는 또한 저전압 환경에서 새로운 에너지 배터리의 사용, 보관 및 운송에 대한 더 높은 기술적 요구 사항을 제시합니다.
예를 들어, 고원 지대 및 항공기 운송 환경에서 신에너지 배터리의 성능 변화 및 열폭주 전파 특성은 배터리 개발에 있어 매우 중요한 측면입니다. 현재 저전압 환경에서 신에너지 배터리의 열폭주 및 성능 변화 특성에 대한 연구는 주로 다음과 같은 문제에 직면해 있습니다.
(1) 현재 신에너지 배터리용 열폭주 시험 장비는 주로 정상 압력 하에서의 열폭주 거동 연구에 초점을 맞추고 있다. 환경 압력 하에서의 배터리 열폭주 특성에 대한 연구는 상대적으로 부족하다. 압력 변화가 열폭주 거동에 미치는 영향에 대한 연구가 더 필요하다.
(2) 다양한 환경 압력 하에서의 배터리 연소 및 폭발 거동 특성 연구는 새로운 배터리 에너지의 초기 개발, 중기 사용 및 후기 열폭주 방지에 특히 중요한 참고 의미를 갖습니다.
그러나 현재 환경 압력 변화를 정확하게 시뮬레이션할 수 있는 장치가 부족합니다. 제어 방식에 심각한 문제가 있어 환경 압력 제어가 매우 불안정합니다. 압력 챔버 내 배터리 특성 변화를 정확하게 관찰하기 어렵고 실험의 신뢰도가 떨어집니다.
(3) 또한, 신에너지 배터리인 수소 연료 전지도 위와 같은 문제점을 가지고 있으며, 다양한 고도 조건에서 배터리의 작동 성능과 신뢰성 범위를 검증할 필요가 있습니다. 그러나 수소 연료 전지의 특성, 특히 수소가 가연성 및 폭발성 가스라는 점 때문에 환경 압력 모의 장비가 작동 중일 때 유로 내 회전 기계가 고속으로 회전하면서 스파크를 발생시켜 수소에 점화되어 폭발을 일으킬 수 있습니다. 이는 환경 모의 실험 장비에서 절대 허용되어서는 안 됩니다.
동시에 연료 전지 내부에서 수소와 공기가 반응하여 물이 생성되므로 배기가스에는 미세한 물방울이 포함됩니다. 이러한 물방울은 장비 내부로 유입될 경우 회전 부품에 손상을 일으켜 장비의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 수소 연료 전지 환경 압력 모의 장치에서는 이러한 문제를 방지해야 합니다.
신에너지 배터리 및 수소 연료 전지에서 환경 압력을 정확하게 제어하는 데 있어 위에서 언급한 문제점과 요구 사항에 대응하여, 본 논문은 이에 대한 해결책을 제시한다. 이 해결책은 주로 다음 두 가지 측면을 포함한다.
(1) 기존 리튬 배터리 환경 압력 시뮬레이션 장치의 기술적 변환으로, 하류 제어 모드를 사용하여 시뮬레이션 박스 내 환경 압력의 프로그래밍 가능하고 정확한 제어를 달성하여 대부분의 신에너지 배터리 산업의 환경 압력 시뮬레이션 요구 사항을 충족합니다.
(2) 수소 연료 전지의 환경 압력 시뮬레이션을 목표로, Kao Lu의 비례 압력 조절기는 문제를 해결할 수 있습니다!
Kao Lu의 비례 압력 조절기는 어떻게 문제를 해결합니까?
리튬 이온 배터리는 고온 환경에서 열 폭주 현상이 발생하기 쉬운데, 이는 화재나 폭발과 같은 위험을 초래할 수 있습니다. 배터리 테스트를 위해 고온 및 고압 환경을 모사하는 방법을 마련하고자, 배터리를 밀폐된 테스트 환경 상자에 넣고 상자 내부의 공기압을 제어하여 배터리가 필요한 압력 상태를 유지하도록 합니다.
그런 다음, 리튬 이온 배터리를 외부에서 가열하여 열적 과부하 상태를 만들고, 열전대 및 디지털 저울과 같은 장치를 통해 온도 및 질량과 같은 매개변수의 변화를 측정합니다. 열전대는 열폭주 과정 중 온도 변화를 측정하고, 디지털 저울은 열폭주 과정 중 배터리 품질 매개변수의 변화를 측정합니다. 전체 시험 장치의 제어 시스템은 그림 1에 나와 있습니다.
그림 1에서 보는 바와 같이, 전체 제어 시스템은 주로 환경 압력 제어 루프, 배터리 가열 온도 제어 루프, 품질 측정 장치 및 데이터 수집 장치로 구성됩니다. 각 구성 요소의 기능과 기술적 내용은 다음과 같습니다.
(1) 환경 압력 제어 루프
이 장치의 기능은 시험 환경 박스의 프로그래밍 가능한 가스 압력을 제어하는 것이며, 다양한 설정 압력을 자동으로 제어할 수 있습니다. 제어 루프는 카오루(Kao Lu) 비례 압력 조절기 , 진공 게이지, 진공 펌프, 진공 압력 컨트롤러 및 진공 파이프라인으로 구성됩니다. 하나 의 카오루 비례 압력 조절기는 유입 유량을 제어하고, 다른 하나 는 배출 유량을 제어하며, 진공 게이지는 환경 박스 내부의 진공도를 측정합니다. 측정된 진공 신호는 컨트롤러로 전송되고, 컨트롤러는 수신된 진공 신호를 설정값과 비교하여 카오루 비례 압력 조절기 의 개방량을 변경함으로써 환경 박스 내부의 진공 압력이 설정값에 빠르게 도달하도록 합니다. 여기서 중요한 점은 유입 비례 압력 조절기 의 개방량은 고정하고 배출 비례 압력 조절기 의 개방량을 변경하는 하류 제어 방식을 채택하여 환경 압력 제어의 정밀도와 안정성을 높였다는 것입니다.
(2) 배터리 가열 온도 제어 루프
이 장치의 기능은 배터리 열 고장 시 발생하는 온도 변화를 모사하기 위해 배터리를 가열하고 제어하는 것입니다. 제어 루프는 히터, 배터리 어셈블리, 고정 스플린트, 열전대 온도 센서 및 듀얼 채널 컨트롤러로 구성됩니다. 열전대는 배터리 온도를 측정하여 컨트롤러로 전송합니다. 컨트롤러는 주행 전에 수신된 온도 신호를 설정값과 비교합니다.
(3) 질량 측정 장치
이 장치의 기능은 열폭주 과정 중 배터리 본체의 질량 손실을 측정하는 것입니다. 품질 측정 장치는 주로 매달린 디지털 저울입니다. 환경 상자 외부에 설치된 디지털 저울이 매달린 줄을 통해 배터리 품질을 측정합니다.
(4) 데이터 수집 장치
이 장치의 기능은 배터리 온도, 주변 압력 및 품질 측정 데이터를 동시에 수집하고 곡선 형태로 표시 및 저장하는 것입니다. 데이터 수집 장치는 주로 다채널 데이터 수집기와 컴퓨터로 구성됩니다. 다채널 데이터 수집기는 해당 온도 및 압력 센서와 디지털 저울에 연결됩니다. 컴퓨터는 수집기와 통신하고 소프트웨어를 사용하여 수집 결과를 표시하고 저장합니다.
참고로, 이 솔루션에서는 컴퓨터가 진공 압력 컨트롤러 및 온도 컨트롤러와 통신하여 각 컨트롤러의 소프트웨어를 통해 파라미터 설정, 작동 제어 및 제어 공정 파라미터 변화 곡선 표시를 수행할 수 있습니다.
그림 1에 나타낸 배터리 환경 압력 시뮬레이션 제어 시스템은 수소 연료 전지 성능 시험에 적합하지 않습니다. 그 주된 이유는 기계식 회전 진공 펌프가 고속으로 회전할 때 스파크를 발생시켜 수소 가스에 점화시켜 폭발을 일으킬 수 있기 때문입니다. 또한, 수소 연료 전지 내부의 진공 배관에 물방울이 형성되어 시험 중 진공 펌프의 밸브와 회전 부품에 손상을 줄 수 있습니다.
이 두 가지 문제를 해결하기 위해 본 논문에서 제안하는 솔루션은 다음 두 가지 기술을 사용합니다.
(1) 진공 펌프를 고압 가스를 사용하여 진공을 생성하는 진공 발생기로 교체합니다. 이렇게 하면 기계 회전 부품으로 인한 스파크 점화 위험을 방지할 수 있습니다.
(2) Kao Lu의 비례 압력 조절기는 진공 밀봉 성능이 매우 우수하고 모터의 회전부는 통과하는 가스로부터 완전히 분리되어 점화 위험을 일으키지 않습니다.
요약하자면, 본 솔루션은 개선된 주변 압력 하류 제어 기술, 고압 가스 진공 발생 기술 및 온도 자동 제어 기술을 통해 다양한 환경 압력 및 고온 조건에서 여러 신에너지 배터리의 열 폭주 현상을 효과적으로 제어할 수 있습니다. 본 솔루션은 다음과 같은 뛰어난 특징을 가지고 있습니다.
(1) 환경 압력 및 온도의 고정밀 제어가 가능하므로 배터리 특성의 정밀한 연구 및 테스트에 더욱 유리합니다.
(2) 환경 압력 및 온도 제어는 다양한 설정값에 따라 프로그래밍 및 제어될 수 있으며 배터리 특성 테스트의 전체 과정이 자동으로 이루어질 수 있습니다.
(3) Kao Lu의 비례 압력 조절기는 장치 제작 작업량을 크게 줄여줍니다.
Kao Lu의 비례 압력 조절기 에 대한 자세한 정보는 당사로 문의해 주십시오!