Calorimetría Isotérmica para la Prueba Avanzada de la Batería de Ión de Litio

• La tecnología patentada de VariPhi permite a la operación del ARCO a fin de obtener datos de la capacidad isotérmica y de calor.
• Los calorímetros Isotérmicos no se diseñan generalmente para manejar el riesgo potencial de fugitivo y de explosión termales pero combinar el VariPhi y el ARCO proporciona la ventaja de realizar la prueba isotérmica en un calorímetro robusto del ARCO.

La tecnología de VariPhi fue introducida durante hace cinco años mientras que el conjunto del sensor 18650 3D es muy reciente y compatible con los sistemas de VariPhiTM que prevalecen. El sensor se muestra en el Cuadro 2

Cuadro 2. Sensor de VariPhi

La imagen del sensor dentro del calorímetro se muestra en el Cuadro 3

Cuadro 3. Sensor de VariPhi en calorímetro

Las características del conjunto del sensor son mencionadas abajo:

• El sensor comprende un cuerpo de plata.
• El diámetro interno del sensor cilíndrico se diseña para proveer de un ajuste perfecto una célula del estándar 18650.
• Se obtienen los datos Excelentes de la medida cuando la batería está en buen contacto termal con las superficies de metal.
• Un termopar sensible presente en el centro de masa detecta la temperatura de la vivienda.
• El exterior del sensor se cubre con un calentador para asegurarse de que el cilindro está mantenido en una temperatura constante.
• Cuidadosamente midiendo la temperatura de la energía térmica y de la temperatura el control isotérmico exacto es posible.
• Las Conexiones al cycler también se proporcionan dentro de la zona isotérmica. En ciertos casos el software del cycler comunica directamente con el software del ARCO. En caso de que eso no pueda ser hecha, un equipo opcional del interfaz lee independientemente la corriente y el voltaje en el software del ARCO. Esto se realiza usando dos multímetros agilent del dígito de la alto-exactitud 6 el 1/2.
• El Voltaje se puede calcular usando los resistores de desviación exclusivamente diseñados se puede intercambiar fácilmente para adaptarse a las gamas actuales de diferenciación.
• El equipo del interfaz también tiene un montaje especial del calentador del tubo para permitir conexiones del cableado dentro y fuera del calorímetro.
• El calentador del tubo puede también calentar los alambres que van dentro y fuera del calorímetro a minimizar cualquier intercambio de calor que pudiera de otra manera estar presente

Una serie de pruebas fue hecha usando una célula disponible en el comercio 18650 para calibrar el funcionamiento de sistema. Un ejemplo de los resultados obtenidos se muestra en el gráfico del poder y de la temperatura del calentador en cuanto a tiempo en el Cuadro 4.

Cuadro 4. Poder del Calentador de la Célula y Temperatura de la Célula contra la Hora para una Prueba de Ciclo Isotérmica de la Batería

Las condiciones y los resultados obtenidos de la prueba son mencionados abajo:

• La célula se lleva a cabo constante en 50°C mientras que la célula se está cargando y se está descargando en 500 mA.
• La temperatura del sistema fue mantenida en 50°C con solamente una diversión leve de 0.02°C cuando el instrumento cambió entre la carga y la descarga de modos.
• La Carga o la descarga de la batería fue hecha tres veces y entonces el sistema era constante mantenido, sin el ciclo, para establecer una línea de fondo. Esta línea de fondo o referencia es una función de la condición del instrumento y del índice de la autodescarga de la célula.
• Esta referencia se utiliza para computar el calor total perdida o ganada durante el ciclo simplemente integrando los picos.
• La Descarga es exotérmica y la carga es endotérmica. Los endotherms para cualquier ciclo dado son más pequeños que el exotherm. La razón de esto se ilustra más claramente en la secuencia de prueba resumida en el Cuadro 5.

El Cuadro 5. ciclo de la potencia Constante de una célula se sostuvo isothermally en 50°C

• En esta serie de la prueba la corriente para cargar y descargar fue aumentada después de cada ciclo. En la inicial pocos ciclos el poder son más o menos un modelo del paso. Como los aumentos actuales, la curva de poder consigue torcida.
• Esto es porque el cycler está intentando cargar la batería más allá de su capacidad. Esto se puede asociar al aumento de la “presión” del Li-Ion debido a las limitaciones de la transferencia total en los interfaces.
• El poder de la muestra es lo contrario del poder del calentador. El poder del calentador se traza con la corriente en función de tiempo en el Cuadro 6. El poder del calentador es directamente proporcional a la corriente.

Cuadro 6. Poder del Calentador de la Célula y Corriente de la Célula contra la Hora para una Prueba de Ciclo Isotérmica de la Batería

• Como las disminuciones actuales, las disminuciones de la tarifa de reacción endotérmica también que da lugar a una disminución del poder necesitaron guardar la batería en las temperaturas isotérmicas.
• Tal y como se muestra en del Cuadro 7, el aumento en voltaje por el cycler de la batería como adición de la carga a la célula llega a ser muy duro. El calor de la Célula no se correlaciona tan directamente como está con la corriente y esto está especialmente claro durante el ciclo de la descarga donde las caídas de voltaje pero el calor de la célula sigue siendo relativamente constantes.

Cuadro 7. Flujo Del Calor De la Célula y Voltaje de la Célula contra la Hora para una Prueba de Ciclo Isotérmica de la Batería

La Batería que completa un ciclo dentro de un calorímetro puede proporcionar la comprensión en los fenómenos subyacentes que ocurren en la célula. Puesto Que este sistema isotérmico único se incorpora a un calorímetro robusto es muy posible realizar pruebas de ciclo isotérmicas en las temperaturas cerca o aún sobre de la temperatura de funcionamiento especificada para conseguir una mejor comprensión de cómo la célula se comportará en una gama de condiciones. Para las células grandes esto podría dar lugar a la salida de poder que pasa la capacidad de enfriamiento del calorímetro. En estos casos el fugitivo y la explosión termales pueden ocurrir así que la prueba se debe hacer siempre en un nivel que asegure seguridad. Estos tipos de calorímetros son más adecuados para mirar el fugitivo termal de células dentro de los paquetes para el diseño de características de la seguridad y minimizar los riesgos de poner en cortocircuito interno de llevar al fugitivo termal. La combinación exclusiva de prueba adibática e isotérmica en una sola unidad provee del usuario la flexibilidad y la seguridad necesarias para funcionar con un programa de pruebas completo.