Detecção de defeitos de isolamento em baterias de íons de lítio
Ao medir a resistência de isolamento das células de bateria de íon-lítio antes que o eletrólito seja derramado nelas, é possível detectar a presença de materiais estranhos metálicos e danos ao separador em um estágio inicial do processo de produção.
Usuários-alvo
Técnicos da linha de produção de baterias de íon-lítio
Movimentos do mercado
As baterias de íons de lítio (LiBs) usadas em veículos elétricos são usadas por um longo período de tempo em ambientes hostis. Ambos os fatores (tempo e ambiente) resultam em uma degradação mais rápida das baterias, o que, por sua vez, leva a uma maior probabilidade de ignição dos LiBs em incêndios muito perigosos. Devido em parte a isso, os mercados LiB e automotivo têm se concentrado fortemente em melhorar a segurança dos LiBs nos últimos anos.
Problema
Para LIBs, se houver resistência de isolamento insuficiente, ou seja, se as áreas que deveriam ser isoladas eletricamente não estiverem devidamente isoladas, pode levar à redução da vida útil da bateria e aumentar o risco de acidentes de combustão. As principais causas de má resistência de isolamento são contaminantes metálicos estranhos e danos ao separador.
Então, de onde exatamente vêm essas causas de mau isolamento?
As partículas metálicas são lascas de folha de alumínio ou cobre criadas quando as folhas do eletrodo (folha de alumínio ou cobre com compostos químicos pintados) são cortadas no tamanho e formato apropriados. Essas partículas finas geralmente são como agulhas muito finas que perfuram a folha do eletrodo e/ou o separador, criando um caminho através do qual a eletricidade pode fluir.
O dano aos separadores pode ser qualquer coisa, desde um arranhão até um corte que ocorre durante a produção. De qualquer forma, esses danos reduzem o isolamento elétrico, criando um caminho mais fácil ou direto pelo qual a eletricidade pode fluir.
Ambos os fenômenos criam caminhos para a eletricidade onde a eletricidade não deveria fluir. Quando a eletricidade flui por esses caminhos, ela danifica ainda mais esses pontos. Pior ainda, e de fato a razão pela qual esses danos são tão graves, essas correntes criam calor. Esse calor, ao atingir um determinado nível, pode levar diretamente à ignição, iniciando uma reação em cadeia para que toda a bateria queime em um incêndio de difícil extinção. Ambos os defeitos são fisicamente pequenos, por isso são extremamente difíceis de detectar. Além disso, com a tecnologia de fabricação atual, é praticamente impossível evitá-los. Tudo isso se traduz na dura realidade de um tipo de defeito que é tanto prevalente quanto quase impossível de detectar - pelo menos por meios não elétricos.
Solução
Embora esses defeitos de isolamento sejam virtualmente impossíveis de detectar com meios convencionais, há uma maneira simples de verificá-los: ver como a eletricidade realmente flui através da bateria. Ao aplicar uma tensão através de áreas que deveriam ser isoladas eletricamente, se a eletricidade fluir muito bem, pode-se deduzir que existem esses defeitos ou outros semelhantes. Este é o teste de resistência de isolamento.
Além disso, do ponto de vista do fabricante, é essencial encontrar esses defeitos o mais cedo possível no processo de produção. Dessa forma, peças boas e mão-de-obra não são desperdiçadas na montagem de peças boas em peças defeituosas. A primeira etapa na qual esse teste pode ser feito efetivamente é depois que a célula é montada, mas antes que o eletrólito seja derramado nela. (Como nota adicional, é especialmente importante fazer este teste antes de adicionar o eletrólito porque a aplicação de uma tensão neste estado danifica a bateria.)
teste
Então, como é esse teste no site?
Na linha de produção de uma célula prismática, por exemplo, as duas folhas de eletrodos são empilhadas com o separador entre elas. Essas três folhas são então enroladas, camada sobre camada. Em seguida, as abas do eletrodo são soldadas na extremidade de cada folha de eletrodo. E, finalmente, é soldado dentro de um invólucro em forma de cubo. Neste ponto, os caminhos pelos quais a eletricidade deve e não deve fluir estão definidos. Assim, a resistência de isolamento está pronta para ser medida.
Confira esta página para obter mais detalhes sobre a produção e teste de LiB.
Existem três pontos nos quais a resistência de isolamento deve ser medida: entre os dois eletrodos (antes do preenchimento do eletrólito) e entre qualquer ponto do invólucro e cada um dos dois eletrodos (após o preenchimento do eletrólito).
Isso ocorre porque esses pontos são efetivamente os únicos pontos de contato externos para a bateria: cada eletrodo é um caminho direto para cada folha de eletrodo, enquanto qualquer ponto no invólucro pode ser considerado um ponto, pois se a eletricidade fluir para um ponto do invólucro, ele fluirá por todo o gabinete.
Nossos produtos
Aqui está uma breve visão geral dos produtos para teste de isolamento de bateria de íon de lítio.
| Modelo do produto | BT5525 | ST5520 | SM7110 | SM7120 |
|---|---|---|---|---|
| Faixa de medição | 0.050 MΩ to 9999 MΩ | 0.002 MΩ to 9990 MΩ | 0.001 MΩ to 10000 PΩ | 0.001 MΩ to 20000 PΩ |
| Tensão de teste (CC) | 25 V to 500 V | 25 V a 1000 V | 0,1 V a 1000,0 V | 0,1 V a 2000,0 V |
| Precisão básica | ±1.5％ rdg. ±2 dgt. | ± 5% rdg. | ± 0.53% rdg. ±12 dgt. | ± 0.53% rdg. ±12 dgt. |
| Corrente medida | 50 µA to 50 mA | 1,8 mA | 1,8 mA a 50 mA | 1,8 mA a 50 mA |
| Dimensões e massa | Aproximadamente. 215 mm (8,46 pol) L × 80 mm (3,15 pol) A × 306,5 mm (12,07 pol) D (excluindo peças salientes), Aprox. 2,8 kg (98,8 onças) | 215 mm (8,46 pol) L × 80 mm (3,15 pol) A × 166 mm (6,54 pol) P, 1,1 kg (38,8 oz) | 330 mm (12,99 pol) L x 80 mm (3,15 pol) A x 450 mm (17,72 pol) P, 5,9 kg (208,1 onças) | 330 mm (12,99 pol) L x 80 mm (3,15 pol) A x 450 mm (17,72 pol) P, 5,9 kg (208,1 onças) |
Conclusão
Na dura realidade de que partículas metálicas e danos ao separador não podem ser detectados por métodos não elétricos nem completamente evitados, testar a resistência de isolamento é a única solução para neutralizar o risco de segurança representado por esses defeitos. Juntamente com uma longa lista de outros produtos, Hioki fornece uma vasta gama de soluções para testes de segurança em todo o processo de montagem da bateria.
