Испытание батареи на прокол — один из самых радикальных и простых
методов имитации внутренних коротких замыканий. Металлическая игла с
силой прокалывает батарею, вызывая короткое замыкание между
положительным и отрицательным электродами. Это запускает серию сильных
термоэлектрохимических реакций, потенциально приводящих к температурному сдвигу, что проявляется в виде дыма, возгорании или даже взрыве.
Технология инфракрасного тепловидения обладает преимуществом
бесконтактной визуализации температурного поля в режиме реального
времени и стала ключевым инструментом контроля процессов температурного
сдвига батареи и анализа рисков безопасности.
Суть технологии инфракрасного тепловидения заключается в регистрации
инфракрасного излучения поверхности объекта с помощью инфракрасного
детектора, преобразовании сигнала излучения в электрический сигнал и
последующем построении карты распределения температуры (теплового
изображения) с помощью алгоритмической обработки.
Преимущества технологии:
1. Бесконтактный метод проверки: нет необходимости соприкасаться с
высокотемпературными/опасными поверхностями батареи, что позволяет
избежать создания помех или повреждения испытательного оборудования;
2. Визуализация температуры всего сектора: данные о температуре из
любой зоны на поверхности батареи могут быть получены одновременно (в
отличие от пирометра, когда данные собираются из одной зоны), что
наглядно показывает «путь распространения» температурного сдвига;
3. Высокая временная разрешающая способность: частота кадров базовых
инфракрасных тепловизоров может достигать 30 – 120 кадров в секунду, что
позволяет вести регистрацию таких динамических процессов, как
температурные скачки и смешение горячих точек в режиме реального
времени, а также фиксировать изменения теплового поведения на уровне
миллисекунд.
В ходе эксперимента: контроль основного процесса (самая важная часть)
Момент возникновения внутреннего короткого замыкания: в момент, когда
игла касается батареи и проникает в неё, в месте короткого замыкания
происходит небольшое повышение температуры. Высокоскоростная
инфракрасная камера может зафиксировать эту начальную «горячую точку» и
точно определить место и время короткого замыкания.
Возникновение теплового сдвига: тепло накапливается в точке короткого
замыкания, вызывая серию экзотермических побочных реакций, включая
разложение анодной пленки SEI, а также плавление и усадку сепаратора.
Инфракрасное изображение позволяет выявить медленное накопление тепла и
локальное повышение температуры в ходе этого процесса.
Распространение теплового сдвига: это самая опасная стадия. Внутри
батареи происходит цепная реакция, вызывающая резкий рост температуры
(более 800°C) и её быстрое распространение по всей батарее и даже
модулю. Инфракрасная камера позволяет чётко видеть путь, скорость и
направление распространения тепла.
Анализ: данная технология позволяет определить распространяется ли тепло от положительного электрода к отрицательному или от центра в стороны, что критически важно для проектирования системы терморегулирования батареи.
Выбросы из клапана и возгорание: данная технология фиксирует
мгновенные изменения температуры при открытии предохранительного клапана батареи, выбрасывающего высокотемпературный электролит и газ, а также последующее распределение температуры пламени во время пожара.
Извлечение температурной кривой: возможность извлечения из данных
инфракрасного видео любой точки поверхности батареи (например, точки
короткого замыкания, точки наивысшей температуры, периферийной точки).
Расчет скорости термодиффузии: проводя анализ перемещения
определенной изотермы (например, 200°C) на последовательных
изображениях, можно точно рассчитать скорость термодиффузии (единица
измерения: мм/с).
Регистрация максимальной температуры: точная регистрация пиковых
температур во время температурного сдвига для оценки степени тяжести.
3D-термореконструкция: с помощью многоугольной инфракрасной камеры
можно даже реконструировать 3D-модель температурного поля батареи во
время температурного сдвига.