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JoVE Journal Engineering
In Situ Gas Analysis and Fire Characterization of Lithium-Ion Cells During Thermal Runaway Using an Environmental Chamber

In situ Análise de gases e caracterização do fogo de células de íons de lítio durante escoamento térmico utilizando câmara ambiental

Full Text
3,203 Views
08:42 min
March 31, 2023

DOI: 10.3791/65051-v

Byoungchul Kwon1, Wohan Cui1, Ankit Sharma1, Ya-Ting Liao1, Fumiaki Takahashi1, Daniel Juarez-Robles2, Mohammad Parhizi2, Judith Jeevarajan2

1Department of Mechanical and Aerospace Engineering,Case Western Reserve University, 2UL Research Institutes

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This article describes a test procedure developed to characterize thermal runaway and fires in lithium-ion cells through in situ measurements. The method aims to simulate catastrophic hazards in a single cell, providing consistent results.

Key Study Components

Area of Science

  • Battery safety
  • Thermal runaway
  • Environmental testing

Background

  • Thermal runaway can occur due to various causes.
  • Different causes can lead to varying worst-case outcomes.
  • Understanding these events is crucial for battery safety.
  • In situ measurements enhance the reliability of test results.

Purpose of Study

  • To simulate a catastrophic hazard in lithium-ion batteries.
  • To provide a consistent testing protocol for thermal runaway.
  • To measure various parameters in a single test.

Methods Used

  • Synchronization of data acquisition from multiple sensors.
  • Use of FDIR (Fault Detection, Isolation, and Recovery).
  • Video recording of the test events.
  • Following a standard operating procedure for device operation.

Main Results

  • The test procedure effectively characterizes transient events.
  • Data collected provides insights into thermal runaway dynamics.
  • Results demonstrate the importance of in situ measurements.
  • Consistency in results supports the reliability of the method.

Conclusions

  • The developed procedure is a valuable tool for battery safety research.
  • In situ measurements enhance understanding of thermal events.
  • Future studies can build on this method for improved battery designs.

Frequently Asked Questions

What is thermal runaway?
Thermal runaway is a condition where a battery cell overheats, potentially leading to fires or explosions.
How does the test procedure work?
The procedure simulates a catastrophic hazard in a single cell while measuring various parameters in situ.
What are the main advantages of this method?
It provides consistent results and comprehensive characterization of thermal runaway events.
What equipment is used in the testing?
Multiple sensors, FDIR systems, and video recording equipment are utilized.
Why is data synchronization important?
Synchronization ensures accurate data collection from all sensors during the test.
Can this method be applied to other battery types?
While designed for lithium-ion cells, the principles may be adapted for other battery technologies.

Aqui, descrevemos um procedimento de teste desenvolvido para caracterizar fugas térmicas e incêndios em células de íons de lítio através de medidas in situ de vários parâmetros em uma câmara ambiental.

A fuga térmica em baterias de íons de lítio ocorre devido a várias causas, o que também pode resultar em resultados muito diferentes no pior caso. Neste método, estamos tentando simular um perigo catastrófico em uma única célula, e o protocolo mostrou fornecer consistência nos resultados para a simulação do tipo de perigo que queremos criar. A principal vantagem deste procedimento de teste é que ele mede vários parâmetros in situ em um único teste.

Os dados de resultados de tempo caracterizam de forma abrangente o evento transitório de fuga térmica da bateria de íons de lítio e incêndios. Este experimento requer uma sincronização da aquisição de dados de muitos sensores, FDIR e gravação de vídeo. O operador tem que seguir o procedimento operacional padrão para operar vários dispositivos passo a passo corretamente.

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