Chambre d'essai d'emballement thermique des batteries à énergie nouvelle

Avec le développement rapide de l'industrie des énergies nouvelles, diverses batteries pour énergies nouvelles jouent un rôle important dans l'économie et la société.

Cela implique également des exigences techniques plus élevées pour l'utilisation, le stockage et le transport des batteries à énergies nouvelles dans les environnements à basse tension.

Par exemple, les caractéristiques de propagation de l'emballement thermique et des variations de performance des batteries à énergies nouvelles en zones de plateau et dans le transport aérien constituent des aspects extrêmement importants du développement des batteries. Actuellement, la recherche sur l'emballement thermique et les variations de performance des batteries à énergies nouvelles en environnement basse tension se heurte principalement aux problèmes suivants :

(1) Les équipements actuels de test d'emballement thermique pour les batteries à énergies nouvelles se concentrent principalement sur l'étude du comportement d'emballement thermique sous pression normale. Les recherches sur les caractéristiques d'emballement thermique des batteries sous pression environnementale sont relativement peu nombreuses. Des recherches supplémentaires sur l'impact des variations de pression sur le comportement d'emballement thermique sont nécessaires.

(2) L'étude des caractéristiques de combustion et d'explosion des batteries sous différentes pressions environnementales revêt une importance particulière pour le développement initial, l'utilisation à moyen terme et la prévention ultérieure de l'emballement thermique des nouvelles batteries énergétiques.

Cependant, il existe actuellement un manque de dispositifs de simulation précis pour les variations de pression environnementale. La méthode de contrôle présente de sérieux problèmes, ce qui rend la régulation de la pression environnementale extrêmement instable. Il est difficile d'observer précisément les variations des caractéristiques de la batterie dans la chambre de pression, et la fiabilité de l'expérience s'en trouve compromise.

(3) De plus, les piles à combustible à hydrogène, en tant que nouvelle source d'énergie, présentent également les problèmes mentionnés ci-dessus. Il est donc nécessaire de vérifier leurs performances et leur fiabilité sous différentes altitudes. Cependant, compte tenu de la nature particulière des piles à combustible à hydrogène, notamment du fait que l'hydrogène est un gaz inflammable et explosif, lors du fonctionnement d'un équipement de simulation de pression environnementale, les machines rotatives dans le canal d'écoulement peuvent générer des étincelles à grande vitesse, susceptibles d'enflammer l'hydrogène et de provoquer une explosion. Ceci est absolument inacceptable pour un équipement expérimental de simulation environnementale.

Parallèlement, l'hydrogène et l'air réagissent dans la pile à combustible pour former de l'eau, ce qui entraîne la présence de gouttelettes dans les gaz d'échappement. Ces gouttelettes peuvent endommager les pièces rotatives en pénétrant dans l'équipement, affectant ainsi sa fiabilité. Il est donc impératif d'éviter ces problèmes lors de la conception du dispositif de simulation de pression environnementale pour les piles à combustible à hydrogène.

En réponse aux problèmes et aux besoins susmentionnés en matière de contrôle précis de la pression environnementale dans les batteries à énergies nouvelles et les piles à combustible à hydrogène, cet article propose des solutions. Ces solutions portent principalement sur les deux aspects suivants :

(1) Transformation technique du dispositif de simulation de pression environnementale de batterie au lithium existant, utilisant le mode de contrôle en aval pour parvenir à un contrôle programmable et précis de la pression environnementale dans la boîte de simulation, afin de répondre aux besoins de simulation de pression environnementale de la plupart des industries de batteries à énergie nouvelle.

(2) Visant la simulation de la pression environnementale des piles à combustible à hydrogène, le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu peut résoudre le problème !

Comment le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu résout-il le problème ?

Les batteries lithium-ion sont sujettes à l'emballement thermique dans les environnements à haute température, ce qui est dangereux et peut provoquer un incendie, voire une explosion. Afin de simuler les conditions de haute température et de pression ambiante pour les tests de batteries, la solution consiste à placer la batterie dans une enceinte de test fermée et à contrôler la pression de l'air à l'intérieur de cette enceinte pour maintenir la batterie à la pression ambiante requise.

La batterie lithium-ion est ensuite chauffée de l'extérieur afin de la soumettre à des contraintes thermiques extrêmes. Les variations de paramètres tels que la température et la masse sont alors analysées à l'aide de dispositifs comme des thermocouples et des balances numériques. Le thermocouple mesure la variation de température durant l'emballement thermique, tandis que la balance numérique mesure la variation des paramètres de qualité de la batterie. Le système de contrôle de l'ensemble du dispositif de test est présenté sur la figure 1.

Comme illustré sur la figure 1, le système de contrôle complet se compose principalement d'une boucle de régulation de la pression ambiante, d'une boucle de régulation de la température de chauffage de la batterie, d'un dispositif de mesure de la qualité et d'un système d'acquisition de données. Leurs fonctions et caractéristiques techniques respectives sont les suivantes :

(1) Boucle de régulation de la pression environnementale

Sa fonction est de contrôler la pression de gaz programmable de l'enceinte environnementale de test et de réguler automatiquement une série de pressions prédéfinies. La boucle de contrôle se compose d' un régulateur de pression proportionnel Kao Lu , d'un manomètre à vide, d'une pompe à vide, d'un contrôleur de pression et d'une conduite de vide. Un régulateur de pression proportionnel Kao Lu contrôle le débit d'entrée, l'autre le débit d'échappement, et le manomètre mesure le niveau de vide dans l'enceinte. Le signal de vide est ensuite transmis au contrôleur, qui le compare à la valeur de consigne et ajuste l'ouverture du régulateur de pression proportionnel Kao Lu afin d'atteindre rapidement la pression de vide souhaitée dans l'enceinte. Il est important de noter que le contrôle utilise ici un mode de régulation en aval, où l'ouverture du régulateur d' entrée est fixe tandis que celle du régulateur d' échappement varie. Ce mode permet une régulation de la pression environnementale plus précise et plus stable.

(2) Boucle de régulation de température de chauffage de la batterie

Sa fonction est de chauffer et de réguler la batterie afin de simuler les variations de température lors d'une défaillance thermique. La boucle de régulation comprend un élément chauffant, un bloc-batterie, un support de fixation, un capteur de température à thermocouple et un contrôleur à deux canaux. Le thermocouple mesure la température de la batterie et la transmet au contrôleur. Ce dernier compare le signal de température reçu à une valeur de consigne avant de démarrer le véhicule.

(3) Dispositif de mesure de masse

Sa fonction est de mesurer la perte de masse du corps de la batterie lors de l'emballement thermique. L'appareil de mesure est principalement une balance numérique suspendue. Placée à l'extérieur du boîtier environnemental, cette balance mesure la masse de la batterie grâce à un fil de suspension.

(4) Dispositif d'acquisition de données

Sa fonction est de collecter simultanément les données de température de la batterie, de pression ambiante et de qualité, puis de les afficher et de les enregistrer sous forme de courbes. Le dispositif d'acquisition de données se compose principalement d'un collecteur de données multicanaux et d'un ordinateur. Le collecteur est relié aux capteurs de température et de pression correspondants ainsi qu'à une balance numérique. L'ordinateur communique avec le collecteur et utilise un logiciel pour afficher et enregistrer les résultats de la collecte.

Il convient de noter que dans cette solution, l'ordinateur peut également communiquer avec le régulateur de pression sous vide et le régulateur de température, et effectuer le paramétrage, le contrôle du fonctionnement et l'affichage de la courbe de changement des paramètres du processus de contrôle du régulateur via leurs logiciels respectifs.

Le système de simulation de pression environnementale de la batterie présenté sur la figure 1 n'est pas adapté aux essais de performance des piles à combustible à hydrogène. En effet, la pompe à vide rotative mécanique risque de générer des étincelles à haute vitesse, susceptibles d'enflammer l'hydrogène et de provoquer une explosion. Par ailleurs, la formation de gouttelettes d'eau dans la conduite de vide de la pile à combustible peut endommager les vannes et les pièces rotatives de la pompe à vide pendant l'essai.

Pour résoudre ces deux problèmes, la solution proposée dans cet article utilise les deux technologies suivantes :

(1) Remplacez la pompe à vide par un générateur de vide, qui utilise un gaz à haute pression pour créer un vide. Cela permet d'éviter les risques d'inflammation par étincelles causés par les pièces mécaniques en rotation.

(2) Le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu possède de très bonnes performances d'étanchéité sous vide, et la partie rotative du moteur est complètement isolée du gaz passant, ce qui ne provoque pas de risques d'inflammation.

En résumé, cette solution permet de maîtriser efficacement l'emballement thermique de diverses batteries à énergies nouvelles sous pression environnementale variable et à haute température grâce à une technologie améliorée de contrôle aval de la pression ambiante, une technologie de génération de vide de gaz haute pression et une technologie de contrôle automatique de la température. Cette solution présente les caractéristiques remarquables suivantes :

(1) Il permet un contrôle de haute précision de la pression et de la température environnementales, ce qui est plus propice à la recherche et aux tests précis des caractéristiques de la batterie.

(2) Le contrôle de la pression et de la température environnementales peut être programmé et contrôlé en fonction de différentes valeurs définies, et l'ensemble du processus de test des caractéristiques de la batterie peut être atteint automatiquement.

(3) Le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu réduit considérablement la charge de travail de la construction de l'appareil.


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