CN107132487A - 二次电池热失控传播测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次电池热失控传播测试系统，包括测试箱；夹具机构，所述夹具机构安设于所述测试箱的内壁上、用于装夹电池样品；热滥用诱发装置，所述热滥用诱发装置包括用于设置于所述电池样品上的加热件、及与所述加热件电性连接的加热控制器；及数据采集装置，所述数据采集装置包括用于设置于所述电池样品上的传感器、及与所述传感器电性连接的数据记录仪。如此可实现在热滥用条件下对电池进行热失控测试，同时对电池电压、表面温度等试验数据进行采集和分析，也可以实现对电滥用、机械滥用及其耦合条件诱发的电池的热失控传播机制或规律进行研究分析，且该测试系统的结构简单灵活，工作可靠性和精确性高。

Description

二次电池热失控传播测试系统

技术领域

本发明涉及电池安全测试技术领域，特别是涉及一种二次电池热失控传播测试系统。

背景技术

锂离子电池热失控是当前新能源利用及安全领域中的前沿研究课题，也是制约新能源汽车发展的瓶颈。世界范围内因锂电池热失控而导致的灾难性事故逐年攀升，科学认识锂离子电池的热失控与传播特性，并在此基础上制定和优化锂离子电池热管理技术和策略已经成为锂电池安全技术领域的重要任务。锂离子电池在热滥用、电滥用和机械滥用条件下均可能诱发热失控，在电池模块或者电池系统中，热失控会在一定条件下在电池之间传播，热失控的传播是导致电动汽车热灾害事故的直接原因。

围绕锂离子电池的热失控传播规律的测试装置，已经有一些文献进行了相关报道，例如中国民航大学张青松等人在专利《一种18650型锂电池热失控连锁反应测试方法》中提到一种装置，利用加热棒模拟实现飞机货舱中的高温环境，以此测试18650型锂电池的热失控发生温度和发生热失控的电池数量，实现不同18650型锂电池热失控传播安全性比较。该装置的局限性在于所提供的热失控条件较为单一，较难完成复杂滥用条件下的锂离子电池热失控传播测试，而且对于热失控传播的测试分析仅限于观察现象，无法对电池电压、表面温度等数据进行采集从而对传播机制或规律进行较为深入地分析。

发明内容

基于此，本发明有必要提供一种二次电池热失控传播测试系统，能够对电池电压、表面温度等数据进行采集分析，从而实现在复杂滥用条件下对电池的热失控传播机制或规律进行研究分析。

其技术方案如下：

一种二次电池热失控传播测试系统，包括：

测试箱；

夹具机构，所述夹具机构安设于所述测试箱的内壁上、用于装夹电池样品；

热滥用诱发装置，所述热滥用诱发装置包括用于设置于所述电池样品上的加热件、及与所述加热件电性连接的加热控制器；及

数据采集装置，所述数据采集装置包括用于设置于所述电池样品上的传感器、及与所述传感器电性连接的数据记录仪。

上述二次电池热失控传播测试系统使用时，通过将夹具机构安装到测试箱的内壁上，并将电池样品装夹到夹具机构上；之后将热滥用诱发装置的加热件安装到电池样品上、并使加热件与加热控制器电性连接，最后将数据采集装置的传感器设置到电池样品上、并使传感器与数据记录仪电性连接良好。如此可实现在热滥用条件下对电池进行热失控测试，同时对电池电压、表面温度等试验数据进行采集和分析，从而可以通过重要参数的分析对电池的热失控传播机制或规律进行研究分析，且该测试系统的结构简单，工作可靠性和准确性高。

下面对技术方案作进一步地说明：

在其中一个实施例中，所述加热件的数量为两个，两个所述加热件分别设置于所述电池样品的相对侧。如此可使电池样品的受热更加均匀，更接近于实际电池受热环境。

在其中一个实施例中，所述夹具机构包括固定支架和至少两个夹具本体，所述电池样品的数量为至少两个，所述电池样品一一对应地设置于所述夹具本体上；所述固定支架包括设有扣位的滑槽，所述夹具本体包括可滑动设置于所述滑槽内并与所述扣位卡扣配合的固定杆、及与所述固定杆连接的夹板，所述夹板设有装配孔、及穿设于所述装配孔并用于固定所述电池样品的紧固件。如此不仅可通过夹具本体实现电池样品的稳固装夹固定，同时通过改变相邻夹具本体之间的距离来调节电池样品的相对位置，使系统可以应用于不同设计结构的电池模组，扩大了测试范围。

在其中一个实施例中，所述传感器为热电偶，且所述热电偶的数量为多个，多个所述热电偶呈矩阵设置于所述电池样品表面并均与所述数据记录仪电性连接。如此能够对电池样品表面的各个位置实现电压和温度数据监测和采集，能够增加判断依据，提升后续数据分析与计算的科学性和精确性。

在其中一个实施例中，还包括高速红外热像仪，所述测试箱设有与所述夹具机构上的电池样品相对的观察窗，所述高速红外热像仪与所述观察窗相对。如此便于对测试箱内的电池样品表面温度进行实时监测和记录，从而与数据记录仪的采集数据进行对比和综合分析，从而消除相关实验误差，提升测试结果的精确性。

在其中一个实施例中，还包括电滥用诱发装置，所述测试箱还设有密封接线插头，所述电滥用诱发装置包括充放电导线和电池充放电仪，所述充放电导线的一端与所述夹具机构上的电池样品电性连接、另一端与所述电池充放电仪的接线柱电性连接。如此可对电池样品进行非正常的充电或放电测试，从而探究在电滥用诱发条件下电池的热失控传播测试，进一步扩大测试系统的测试功能。

在其中一个实施例中，还包括强制风冷装置，所述测试箱还设有第一安装口，所述强制风冷装置包括通风管道、风机和风速计，所述通风管道的一端与所述第一安装口衔接、另一端与所述风机接通，所述风速计设置于所述通风管道位于所述第一安装口的一端。如此可对电池样品在强制风冷环境中、可控冷却流作用下进行热失控传播测试，进一步探究在不同散热条件下，电池样品的热失控传播机制或规律。

在其中一个实施例中，所述强制风冷装置还包括出风管道，所述测试箱还设有第二安装口，所述出风管道的一端与所述第二安装口衔接、另一端与外界环境连通。如此引导测试箱内部形成稳定的流场，提高测试结果的稳定性。

在其中一个实施例中，所述测试箱还设有废液收集装置，所述废液收集装置包括设置于所述测试箱的内壁上的支撑杆、及设置于所述支撑杆上的废液收集盘，所述废液收集盘位于所述电池样品的下方。如此便于对测试过程中产生的电池废液进行收集与处理，提高测试系统环境安全与卫生。

在其中一个实施例中，还包括排烟装置，所述测试箱还设有排烟口，所述排烟装置包括设置于所述排烟口内的风扇、及设置于所述测试箱上并与所述风扇电性连接的驱控单元。如此可以将测试结束后产生的有害气体经管道排出，确保测试系统、实验人员安全，保证实验环境健康。

附图说明

图1为本发明实施例所述的二次电池热失控传播测试系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的二次电池热失控传播测试系统的一种实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的二次电池热失控传播挤压测试装置的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的强制风冷装置的结构示意图。

附图标记说明：

100、废液收集盒，101、支撑杆，102、卡扣，103、箱门，104、测试箱，105、泄压孔，106、排烟口，107、密封接线插头，108、功能扩展盖板，109、铰链，110、电池样品，111、固定支架，112、夹具本体，113、正极导线，114、负极导线，115、电池充放电仪，116、高速红外热像仪，200、紧固件，201、加热件，202、加热件导线，203、热电偶，204、导线，205、数据记录仪，206、加热控制器，300、通风管道，301、风机，302、出风管道，303、风速计，400、第一挤压板，401、基座，402、底座，403、可调水平支脚，404、驱动控制器，405、伸缩杆组，406、第二挤压板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”、“设置于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；一个元件与另一个元件固定连接的具体方式可以通过现有技术实现，在此不再赘述，优选采用螺纹连接的固定方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1和图2所示，为本发明展示的一种实施例的二次电池热失控传播测试系统，包括：测试箱104；夹具机构，所述夹具机构安设于所述测试箱104的内壁上、用于装夹电池样品110；热滥用诱发装置，所述热滥用诱发装置包括用于设置于所述电池样品110上的加热件201、及与所述加热件201电性连接的加热控制器206；及数据采集装置，所述数据采集装置包括用于设置于所述电池样品110上的传感器、及与所述传感器电性连接的数据记录仪205。

上述二次电池热失控传播测试系统使用时，通过将夹具机构安装到测试箱104的内壁上，并将电池样品110装夹到夹具机构上；之后将热滥用诱发装置的加热件201安装到电池样品110上、并使加热件201与加热控制器206电性连接，最后将数据采集装置的传感器设置到电池样品110上、并使传感器与数据记录仪205电性连接良好。如此可实现在热滥用条件下对电池进行热失控测试，同时对电池电压、表面温度等试验数据进行采集和分析，从而有利于根据多参数对电池的热失控传播机制或规律进行研究分析，且该测试系统的结构简单，工作可靠性和精确性高。

在上述优选的实施例中，测试箱104可选是矩形箱体，矩形箱体的内部空间为试验区域。矩形箱体的正面通过铰链109可转动安装有箱门103，方便实验人员取放用于试验的电池样品110，矩形箱体的侧面安装有卡扣102，用于锁闭箱门103，使整个矩形箱体形成密闭结构，确保封闭、合适的试验环境。

请参照图1，此外，在一个实施例中，矩形箱体的顶部还包括排烟装置，所述测试箱104还设有排烟口106，所述排烟装置包括设置于所述排烟口106内的风扇、及设置于所述测试箱104上并与所述风扇电性连接的驱控单元。如此可以将测试结束后产生的有害气体排出，确保测试系统、实验人员安全，保证实验环境健康。其中，驱控单元可自动探测测试箱104内的烟雾浓度，当达到预设值范围时，则自动驱动风扇工作，将箱体内的烟气排出。当然，其他实施方式中，也可以采用手动开启来排出烟气的工作方式。进一步地，矩形箱体的顶面靠近排烟口106还开设有泄压孔105，用于泄载箱体内部高压。

另外，所述测试箱104还设有废液收集装置，所述废液收集装置包括设置于所述测试箱104的内壁上的支撑杆101、及设置于所述支撑杆101上的废液收集盘，所述废液收集盘位于所述电池样品110的下方。即当试验完毕后，可打开箱门103，通过抽拉废液收集盘，如此便于对测试过程中产生的电池废液进行收集与处理，提高试验系统安全与环境卫生。

更进一步地，在基础实施方式中，电池样品110的个数为一个。所述加热件201的数量为两个，两个所述加热件201分别设置于所述电池样品110的相对侧。如此可使电池样品110的受热更加均匀，模拟实际电池工作时的受热环境。具体的，加热件201可以是加热薄膜、加热丝、加热片等，本实施例优选是加热片，通过加热件导线202与加热控制器206电连接；加热片可按照加热控制器206设定的升温方法和程序，对电池样品110施加的加热温度和加热时间进行调节和控制。加热片可通过紧固件200固定、黏贴等方式安装到电池上。

如图2所示，在上述实施例的基础上，所述夹具机构包括固定支架111和至少两个夹具本体112，所述电池样品110的数量为至少两个，所述电池样品110一一对应地设置于所述夹具本体112上；所述固定支架111包括设有扣位的滑槽，所述夹具本体112包括可滑动设置于所述滑槽内并与所述扣位卡扣102配合的固定杆、及与所述固定杆连接的夹板，所述夹板设有装配孔、及穿设于所述装配孔并用于固定所述电池样品110的紧固件200。如此不仅可通过夹具本体112实现电池样品110的稳固装夹固定，同时通过调节相邻两个夹具本体112之间间距来改变电池样品110之间的相对位置，使系统可以应用于不同设计结构的电池模组，扩大了测试范围。具体的，滑槽为沿固定支架111长度方向延伸开设的通槽，夹具本体112安装时可从滑槽的一端对齐后推入通槽内，此时固定杆端部的防脱扣板与滑槽的“凸”字型扣位相互扣接实现夹具本体112的防脱和固定。电池上开设有与夹板的装配孔匹配的螺纹孔，可与螺钉(紧固件200)形成螺纹锁固，实现电池与夹具本体112的装夹固定。在本优选的实施例中，夹具本体112的数量为五个，适配地电池样品110的数量也为五个，通过滑动夹具本体112调整电池样品110之间的距离，从而达到与实际电池模组样品内的电芯间距一致，以提高试验的科学性和准确性。

此外，所述传感器为热电偶，且所述热电偶的数量为多个，多个所述热电偶呈矩阵设置于所述电池样品110表面并均与所述数据记录仪205电性连接。如此能够对电池样品110表面的各个区域实现电压和温度数据监测和采集，能够扩大数据容量，提升后续数据分析与计算的科学性和精确性。热电偶通过导线204与数据记录仪205电连接，需要说明的是，较佳的实施方式是将所有热电偶均匀的贴覆到电池样品110的侧面上，从而确保采集到的温度数据更具有代表性，在获取所述电池的电压和温度数据后，通过分析建模，发展基于多判据的电池热失控传播机制。数据记录仪205可以将温度信号和电压信号均接入数据采集卡，通过计算机实时显示、记录并存储数据，为后续的理论研究提供数据支撑。

在上述实施例的基础上，还包括高速红外热像仪116，所述测试箱104设有与所述夹具机构上的电池样品110相对的观察窗，所述高速红外热像仪116与所述观察窗相对。如此便于对测试箱104内的电池样品110表面温度进行实时检测和记录，从而与数据记录仪205的采集数据进行对比和综合分析，从而消除实验误差，提升测试结果的精确性。可选地，观察窗开设与测试箱104的箱门103上。

此外，还包括电滥用诱发装置，所述测试箱104还设有密封接线插头107，所述电滥用诱发装置包括充放电导线和电池充放电仪115，所述充放电导线的一端与所述夹具机构上的电池样品110电性连接、另一端与所述电池充放电仪115的接线柱电性连接。如此可对电池样品110进行过充电或过放电测试，从而探究在电滥用诱发条件下电池的热失控传播测试，进一步提升测试系统的测试性能。具体的，密封接线插头107用于提供测试箱104内外测试设备的电源或者数据的通讯电路的连接通道。该插头的底座402需采用硬质非导体材料，底座402上嵌入数个金属柱作为导线的连接头，以此将导线引出至所述箱体的外部，安装时，为确保箱体内密封可靠性，密封接线插头107同样需要进行密封处理。

进行电池测试前，首先需要选定热失控滥用触发因素和目标电池。基于上述实施例可选择电滥用为电池样品110的热失控触发因素。测试具体步骤为：1)将若干个电池样品110分别固定在夹具本体112上，调整电池样品110之间的距离，要求与电池模组样品内电芯间距一致；2)在所有电池样品110的表面都固定热电偶，在所有电池样品110的正负极位置接导线，并通过密封接线插头107接入数据记录仪205；3)选定一个电池样品110作为目标电池，也是热失控传播的起始点，本实施例中可选择中间位置的电池样品110作为目标电池进行热失控诱发。4)连接充放电系统，即将正极导线113和负极导线114分别接在热失控触发电池样品110的正负极上，另一端通过密封接线插头107连接在电池充放电仪115的接线柱上，设定好过充或过放电程序；5)关闭箱门103，开启数据记录仪205，开启高速红外摄像仪，开启充放电测试仪，开始测试；6)观察测试过程，当实验现象或数据达到热失控判断条件时，关闭充放电测试仪，继续采集数据；7)热失控测试结束后，关闭数据采集记录仪和高速红外摄像仪。测试最后，启动排烟口106处的风扇开始排烟，排烟结束后，打开箱门103，取出废液收集盒100，将废液收集盒100内废液清理，可待进一步分析处理。

请参照图4，在上述实施例的基础上，还包括强制风冷装置，所述测试箱104还设有第一安装口，所述强制风冷装置包括通风管道300、风机301和风速计303，所述通风管道300的一端与所述第一安装口衔接、另一端与所述风机301接通，所述风速计303设置于所述通风管道300位于所述第一安装口的一端。如此可对电池样品110在强制风冷环境中、可控冷却流作用下进行热失控传播测试，进一步探究在不同散热条件下，电池样品110的热失控传播机制或规律。其中，风速计303用于测试和控制通风管道300内的风速，实际测试时，在进行电池热失控传播测试前需要先对流场进行调节，具体做法是：开启风机301，调节风机301的功率大小，以使风速仪的读数达到预设范围，保持该功率即可。

进一步地，所述强制风冷装置还包括出风管道302，所述测试箱104还设有第二安装口，所述出风管道302的一端与所述第二安装口衔接、另一端与外界环境连通。如此有利于在测试箱104内部形成稳定的流场，提高测试结果的稳定性。

如图1至图3所示，此外，本发明通过功能扩展，还可提供一种机械滥用诱发的二次电池热失控传播测试装置，包括：测试箱104，所述测试箱104设有相对的第一窗口和第二窗口；夹具机构，所述夹具机构安设于所述测试箱104的内壁上、用于装夹电池样品110；数据采集装置，所述数据采集装置包括用于设置于所述电池样品110上的传感器、及与所述传感器电性连接的数据记录仪205；及机械滥用诱发装置，所述机械滥用诱发装置包括用于支撑所述测试箱104的底座402、设置于所述底座402上并贯穿设置于所述第一窗口的固定夹持机构、设置于所述底座402上的驱动控制器404、及与所述驱动控制器404驱动连接并可贯穿所述第二窗口的伸缩夹持机构，所述固定夹持机构与所述伸缩夹持机构可相互靠近用于挤压所述电池样品110。

上述二次电池热失控传播挤压测试装置使用时，通过将夹具机构安装到测试箱104的内壁上，并将电池样品110装夹到夹具机构上；之后将数据采集装置的传感器设置到电池样品110上、并使传感器与数据记录仪205电性连接良好；最后将机械滥用诱发装置的固定夹持机构贯穿第一窗口伸入测试箱104内，在驱动控制器404的驱动作用下，使伸缩夹持机构向固定夹持机构移动从而对电池样品110进行挤压。如此能够在机械滥用(挤压)诱发条件下对电池电压、表面温度等数据进行采集分析，从而实现对机械滥用诱发的电池的热失控传播机制或规律进行研究分析。

具体的，测试箱104的两相对侧分别设有功能扩展盖板108，初始状态下，分别与第一窗口和第二窗口密闭配合。在需要进行电池样品110的机械滥用诱发热失控传播测试时，可将功能扩展盖板108取下露出第一窗口和第二窗口，用于装配使用固定夹持机构和伸缩夹持机构。

在一个实施例中，所述固定夹持机构包括设置于所述底座402上的基座401、及与所述基座401连接的并伸入所述测试箱104内部的第一挤压板400，所述伸缩夹持机构包括与所述驱动控制器404连接的伸缩杆组405、及与所述伸缩杆组405连接的第二挤压板406，所述第一挤压板400与所述第二挤压板406相对。可选的，第一挤压板400和第二挤压板406的面积不小于电池样品110的侧面积，如此可确保电池样品110承受均匀的挤压力，从而使测量结果更加科学、可靠。此外，驱动控制器404可选是液压控制器，伸缩杆组405为可伸缩液压杆，通过可伸缩液压杆的伸缩移动，可灵活改变第一挤压板400与第二挤压板406之间的间距，从而适应不同数量电池样品110进行挤压测试。

进一步地，所述机械滥用诱发装置还包括至少三个可调水平支脚403，至少三个所述可调水平支脚403间隔设置于所述底座402背离所述测试箱104的一侧。如此可通过调节可调水平支脚403保证底座402的水平性，提高挤压测试可靠性和准确性。本优选的实施方式中，可调水平支脚403的数量为四个，分别安装于矩形底座402的四个顶角处。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，包括：

测试箱；

夹具机构，所述夹具机构安设于所述测试箱的内壁上、用于装夹电池样品；

热滥用诱发装置，所述热滥用诱发装置包括用于设置于所述电池样品上的加热件、及与所述加热件电性连接的加热控制器；及

数据采集装置，所述数据采集装置包括用于设置于所述电池样品上的传感器、及与所述传感器电性连接的数据记录仪。

2.根据权利要求1所述的二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，所述加热件的数量为两个，两个所述加热件分别设置于所述电池样品的相对侧。

3.根据权利要求1所述的二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，所述夹具机构包括固定支架和至少两个夹具本体，所述电池样品的数量为至少两个，所述电池样品一一对应地设置于所述夹具本体上；所述固定支架包括设有扣位的滑槽，所述夹具本体包括可滑动设置于所述滑槽内并与所述扣位卡扣配合的固定杆、及与所述固定杆连接的夹板，所述夹板设有装配孔、及穿设于所述装配孔并用于固定所述电池样品的紧固件。

4.根据权利要求1所述的二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，所述传感器为热电偶，且所述热电偶的数量为多个，多个所述热电偶呈矩阵设置于所述电池样品表面并均与所述数据记录仪电性连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，还包括高速红外热像仪，所述测试箱设有与所述夹具机构上的电池样品相对的观察窗，所述高速红外热像仪与所述观察窗相对。

6.根据权利要求1所述的二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，还包括电滥用诱发装置，所述测试箱还设有密封接线插头，所述电滥用诱发装置包括充放电导线和电池充放电仪，所述充放电导线的一端与所述夹具机构上的电池样品电性连接、另一端与所述电池充放电仪的接线柱电性连接。

7.根据权利要求1所述的二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，还包括强制风冷装置，所述测试箱还设有第一安装口，所述强制风冷装置包括通风管道、风机和风速计，所述通风管道的一端与所述第一安装口衔接、另一端与所述风机接通，所述风速计设置于所述通风管道位于所述第一安装口的一端。

8.根据权利要求7所述的二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，所述强制风冷装置还包括出风管道，所述测试箱还设有第二安装口，所述出风管道的一端与所述第二安装口衔接、另一端与外界环境连通。

9.根据权利要求1所述的二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，所述测试箱还设有废液收集装置，所述废液收集装置包括设置于所述测试箱的内壁上的支撑杆、及设置于所述支撑杆上的废液收集盘，所述废液收集盘位于所述电池样品的下方。

10.根据权利要求1所述的二次电池热失控传播测试系统，其特征在于，还包括排烟装置，所述测试箱还设有排烟口，所述排烟装置包括设置于所述排烟口内的风扇、及设置于所述测试箱上并与所述风扇电性连接的驱控单元。