개요

리튬이온 배터리로 인한 사고가 늘어나면서 배터리 열폭주에 대한 관심이 높아지고 있다. 한 셀에서 발생한 열폭주가 다른 셀로 열을 확산시켜 배터리 시스템 전체를 정지시킬 수 있기 때문이다.

전통적으로 우리는 테스트 중에 가열, 고정 또는 과충전을 통해 열 폭주를 유발합니다. 그러나 이러한 방법은 특정 셀의 열폭주를 제어할 수 없으며 배터리 시스템 테스트 중에 쉽게 구현할 수도 없습니다. 최근 사람들은 열 폭주를 유발하는 새로운 방법을 개발하고 있습니다. 새로운 IEC 62619:2022의 전파 테스트가 그 예이며, 이 방법은 향후 널리 사용될 것으로 예상됩니다. 이 기사에서는 연구 중인 몇 가지 새로운 방법을 소개합니다.

레이저 방사선:

레이저 방사선은 고에너지 레이저 펄스로 작은 영역을 가열하는 것입니다. 열은 재료 내부에서 전도됩니다. 레이저 방사선은 용접, 연결, 절단 등 재료 가공 분야에서 널리 사용됩니다. 일반적으로 다음과 같은 종류의 레이저가 있습니다.

• CO₂레이저: 이산화탄소 분자 가스 레이저
• 반도체 레이저: GaAs 또는 CdS로 만든 다이오드 레이저
• YAG 레이저: 이트륨 알루미늄 가넷으로 만든 나트륨 레이저
• 광섬유: 희토류 원소가 포함된 유리 섬유로 만든 레이저

일부 연구자들은 40W, 1000nm 파장, 1mm 직경의 레이저를 사용하여 다양한 세포를 테스트합니다.

트리거되지 않은 셀에 대한 CT 스캔을 통해 표면의 구멍을 제외하고는 구조적 영향이 없음을 알 수 있습니다. 이는 레이저가 방향성이 있고 출력이 높으며 가열 영역이 정확하다는 것을 의미합니다. 따라서 레이저는 테스트에 좋은 방법입니다. 변수를 제어하고 입출력 에너지를 정확하게 계산할 수 있습니다. 한편 레이저는 빠른 가열과 같은 가열 및 고정의 장점을 가지며 제어가 더 쉽습니다. 레이저에는 다음과 같은 더 많은 장점이 있습니다.

• 열 폭주를 유발할 수 있으며 인접한 셀을 가열하지 않습니다. 이는 열 접촉 성능에 좋습니다.

• 내부 부족을 자극할 수 있음

• 열 폭주를 유발하기 위해 더 짧은 시간에 더 적은 에너지와 열을 입력할 수 있으므로 테스트를 잘 제어할 수 있습니다.

테르밋 반응:

테르밋 반응은 알루미늄을 고온에서 금속 산화물과 반응시켜 알루미늄이 산화 알루미늄으로 전환되는 것입니다. 산화알루미늄의 생성 엔탈피는 매우 낮기 때문에(-1645kJ/mol), 따라서 많은 열이 발생합니다. Thermite 소재는 매우 유용하며, 다양한 공식으로 인해 발생하는 열의 양이 달라질 수 있습니다. 따라서 연구원들은 테르밋이 포함된 10Ah 파우치로 테스트를 시작합니다.

Thermite는 쉽게 열 폭주를 유발할 수 있지만 열 입력을 제어하기는 쉽지 않습니다. 연구자들은 밀봉되어 열을 집중할 수 있는 열 반응기를 설계하려고 합니다.

고출력 석영 램프:

이론: 고출력 석영 램프를 셀 아래에 놓고 플레이트로 셀과 램프를 분리합니다. 에너지 전도를 보장하기 위해 플레이트에 구멍을 뚫어야 합니다.

테스트 결과 열 폭주를 유발하려면 매우 높은 전력과 오랜 시간이 필요하며 열의 범위가 고르지 않은 것으로 나타났습니다. 그 이유는 석영 빛은 방향성 빛이 아니며 열 손실이 너무 커서 정확하게 열폭주를 일으키기 어렵기 때문일 수 있습니다. 한편 에너지 입력은 정확하지 않습니다. 이상적인 열 폭주 테스트는 트리거 에너지를 제어하고 잉여 입력 값을 낮추어 테스트 결과에 미치는 영향을 줄이는 것입니다. 따라서 현재로서는 석영 램프가 유용하지 않다는 결론을 내릴 수 있습니다.

결론:

셀 열폭주(가열, 과충전, 침투 등)를 유발하는 기존 방법과 비교할 때, 레이저 전파는 더 작은 가열 영역, 더 낮은 입력 에너지 및 더 짧은 트리거 시간을 사용하여 더 효과적인 방법입니다. 이는 제한된 영역에서 높은 유효 에너지 투입에 기여합니다. 이 방법은 IEC에 의해 도입되었습니다. 많은 국가에서 이 방법을 고려할 것으로 예상됩니다. 그러나 레이저 장치에 대한 요구 사항이 높습니다. 적절한 레이저 소스와 방사선 방지 장치가 필요합니다. 현재 열폭주 테스트 사례가 충분하지 않아 이 방법에 대한 검증이 여전히 필요합니다.