Detección de defectos de aislamiento en baterías de iones de litio
Al medir la resistencia de aislamiento de las celdas de las baterías de iones de litio antes de verterles el electrolito, es posible detectar la presencia de partículas metálicas extrañas y daños en el separador en una etapa temprana del proceso de producción.
Usuarios objetivo
Técnicos de línea de producción de baterías de iones de litio
Movimientos del mercado
Las baterías de iones de litio (LiB) utilizadas en los vehículos eléctricos se utilizan durante un largo período de tiempo en entornos hostiles. Ambos factores (tiempo y entorno) dan como resultado una degradación más rápida de las baterías, lo que a su vez conduce a una mayor probabilidad de que los LiB se enciendan en incendios muy peligrosos. Debido en parte a esto, los mercados LiB y automotriz se han centrado mucho en mejorar la seguridad de los LiB en los últimos años.
Problema
En el caso de las LIB, si la resistencia de aislamiento es insuficiente, es decir, si las áreas que se supone que deben estar aisladas eléctricamente no están debidamente aisladas, puede reducir la vida útil de la batería y aumentar el riesgo de accidentes por combustión. Las principales causas de la mala resistencia del aislamiento son los contaminantes metálicos extraños y el daño del separador.
Entonces, ¿de dónde vienen exactamente estas causas del mal aislamiento?
Las partículas metálicas son astillas de lámina de aluminio o cobre que se crean cuando las láminas de electrodos (lámina de aluminio o cobre con compuestos químicos pintados) se cortan en el tamaño y la forma adecuados. Estas partículas finas son a menudo como agujas muy finas que perforan la lámina del electrodo y/o el separador, creando un camino a través del cual puede fluir la electricidad.
El daño a los separadores puede ser desde un rasguño hasta un corte que ocurre durante la producción. De cualquier manera, estos daños reducen el aislamiento eléctrico, creando un camino más fácil o directo a través del cual puede fluir la electricidad.
Ambos fenómenos crean caminos para la electricidad donde la electricidad no debería fluir. Cuando la electricidad fluye por estos caminos, daña aún más esos puntos. Peor aún, y de hecho la razón por la cual estos daños son tan graves, estas corrientes generan calor. Este calor, al alcanzar un cierto nivel, puede provocar directamente la ignición, iniciando una reacción en cadena para que toda la batería se queme en un fuego que no se apaga fácilmente. Ambos defectos son físicamente pequeños, por lo que son extremadamente difíciles de detectar. Además, con la tecnología de fabricación actual, son prácticamente imposibles de prevenir. Todo esto se traduce en la dura realidad de un tipo de defecto que es frecuente y casi imposible de detectar, al menos por medios no eléctricos.
Solución
Aunque estos defectos de aislamiento son virtualmente imposibles de detectar con medios convencionales, hay una forma simple de verificarlos: ver cómo fluye realmente la electricidad a través de la batería. Al aplicar un voltaje a través de áreas que deberían estar aisladas eléctricamente, si la electricidad fluye demasiado bien, se puede deducir que existen estos defectos o similares. Esta es la prueba de resistencia de aislamiento.
Además, desde la perspectiva del fabricante, es esencial encontrar estos defectos lo antes posible en el proceso de producción. De esa manera, las piezas buenas y la mano de obra no se desperdician ensamblando piezas buenas con piezas defectuosas. El primer paso en el que se puede realizar esta prueba de manera efectiva es después de ensamblar la celda, pero antes de verter el electrolito en ella. (Como nota adicional, es especialmente importante hacer esta prueba antes de agregar el electrolito porque aplicar un voltaje en este estado daña la batería).
Pruebas
Entonces, ¿cómo se ve esta prueba en el sitio?
En la línea de producción de una celda prismática, por ejemplo, las dos láminas de electrodos se apilan con el separador entre ellas. Luego, estas tres hojas se enrollan, capa sobre capa. Luego, las lengüetas de los electrodos se sueldan en el extremo de cada lámina de electrodos. Y finalmente, se suelda dentro de un recinto en forma de paralelepípedo. En este punto, los caminos a través de los cuales debe y no debe fluir la electricidad están en su lugar. Así, la resistencia de aislamiento está lista para ser medida.
Consulte esta página para obtener más detalles sobre la producción y las pruebas de LiB.
Hay tres puntos en los que debe medirse la resistencia de aislamiento: entre los dos electrodos (antes del llenado de electrolito) y entre cualquier punto de la envolvente y cada uno de los dos electrodos (después del llenado de electrolito).
Esto se debe a que estos puntos son efectivamente los únicos puntos de contacto exterior de la batería: cada electrodo es un camino directo a cada lámina de electrodos, mientras que cualquier punto del recinto puede considerarse un punto, ya que si la electricidad fluye hacia un punto del recinto, fluirá por todo el recinto.
Nuestros productos
Aquí hay una breve descripción general de los productos para las pruebas de aislamiento de baterías de iones de litio.
| Modelo del Producto | BT5525 | ST5520 | SM7110 | SM7120 |
|---|---|---|---|---|
| Rango de medicion | 0.050 MΩ to 9999 MΩ | 0.002 MΩ to 9990 MΩ | 0.001 MΩ to 10000 PΩ | 0.001 MΩ to 20000 PΩ |
| Tensión de prueba (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 |
| Precisión básica | ±1.5％ rdg. ±2 dgt. | ± 5% lect. | ± 0.53% rdg. ±12 dgt. | ± 0.53% rdg. ±12 dgt. |
| corriente medida | 50 µA to 50 mA | 1,8 mA | 1,8 mA a 50 mA | 1,8 mA a 50 mA |
| Dimensiones y masa | Aprox. 215 mm (8,46 pulgadas) de ancho × 80 mm (3,15 pulgadas) de alto × 306,5 mm (12,07 pulgadas) de profundidad (sin incluir las partes sobresalientes), aprox. 2,8 kg (98,8 onzas) | 215 mm (8,46 pulgadas) de ancho × 80 mm (3,15 pulgadas) de alto × 166 mm (6,54 pulgadas) de profundidad, 1,1 kg (38,8 onzas) | 330 mm (12,99 pulgadas) de ancho × 80 mm (3,15 pulgadas) de alto × 450 mm (17,72 pulgadas) de profundidad, 5,9 kg (208,1 onzas) | 330 mm (12,99 pulgadas) de ancho × 80 mm (3,15 pulgadas) de alto × 450 mm (17,72 pulgadas) de profundidad, 5,9 kg (208,1 onzas) |
Conclusión
En la dura realidad de que las partículas metálicas y los daños en el separador no pueden detectarse por métodos no eléctricos ni evitarse por completo, probar la resistencia del aislamiento es la única solución para contrarrestar el riesgo de seguridad que plantean estos defectos. Junto con una larga lista de otros productos, Hioki ofrece una amplia gama de soluciones para pruebas de seguridad durante todo el proceso de montaje de la batería.
