Внедрение: 2014 г.

Исследовательским центром имени М.В. Келдыша проведены экспериментальные исследования на пожаровзрывобезопасность литий-ионных аккумуляторов ЛИКГП-50С (ОАО АК «Ригель», г. Санкт-Петербург) и ICNP 30/133/207/HE (ОАО «НИИЭИ»), г. Электроугли, которые включали испытания на стойкость к возгоранию и взрыву аккумулятора при внешнем коротком замыкании (КЗ) перемычкой 0,1 Ом и при ударном воздействии металлическим пробойником. 

При проведении испытаний использовались измерительный модуль Е‑270 и Установка измерительная LTR‑EU‑2‑5 с мезонинной системой на базе модуля LTR27 c субмодулями Н‑27x. В качестве зарядного устройства использовался программируемый источник питания XLN-3640. Осуществлялась фиксация уровня температуры посредством тепловизора. В процессе испытаний проводились измерения параметров (ток, напряжение и температура аккумулятора посредством терморезисторов).
 

Рисунок 1.

Расположение терморезисторов на поверхности аккумулятора при испытании на КЗ (слева):
Т_Сu – датчик температуры отрицательного (медного) борна; Т_Аl – датчик температуры положительного (алюминиевого) борна; Т1, Т2, Т3 – датчики температуры лицевой поверхности аккумулятора.

Расположение терморезисторов при испытании на пробой аккумуляторной батареи (справа): T1, T2–T11 – датчики температуры на аккумуляторной батареи; АК1, АК2, АК3 – аккумуляторы в составе батареи. 

Рисунок 2. Графики изменения напряжения, тока  аккумулятора (слева) и температуры в точках расположения терморезисторов за первые 10 минут при испытании на короткое замыкание (КЗ). 

Рисунок 3. Термо-изображения аккумулятора в разные моменты времени (мин.), зафиксированные с помощью тепловизора.

Рисунок 4.  Изменение параметров аккумулятора за 10 минут после короткого замыкания.
U – напряжение, В; T_Al – температура положительного (алюминиевого) борна; T_Cu – температура отрицательного (медного) борна; Tw –   температура торцевой стенки аккумуляторной батареи.

Рисунок 5. График изменения напряжения на борнах аккумулятора и температуры поверхности аккумулятора после ударного воздействия в момент времени 10 с. На графике: T1, T2, T3 – температура в верхней, средней и нижней части аккумулятора соответственно.
 

Графики T1, T2 обрываются в моменты выхода из строя соответствующих терморезисторов.

Рисунок 6. Cерия термоизображений аккумулятора и его состояние при ударном воздействии в разные моменты времени (кликните по рисунку для его раскрытия в отдельном окне).

Время указано в секундах.

Рисунок 7. Кадры видеофиксации ударного воздействия пробойника на батарею. Время указано в секундах.

В результате испытаний исследователям удалось установить количественные параметры происходящих физических процессов в литий-ионных аккумуляторах в аварийных режимах работы.

В публикации использованы материалы электронного журнала «Труды МАИ». Выпуск № 72, 27 января 2014 г.

Продолжение данной темы – в другой статье нашего портфолио: Разработка литий-ионной аккумуляторной батареи космического назначения.

Разработчик: Ребров С.Г., Янчур СВ., Мансуров В.С., Московкин С.А.