CN101261312B - 电池安全性能综合测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池安全性能综合测试仪，属于检测装置技术领域。特征是电池夹具及防爆网框架分别固定在台面上，在防爆网框架上设有防爆网，电池夹具上装有试样电池，在箱体内设有检测电路；检测电路中充电输出端通过导线与充电电路输入端联接，充电电路输出端通过导线分别与短路电路、放电电路输入端及电池安全性能测试控制台联接；短路电路输出端通过导线分别与实测电路输入端及标称电路输入端联接；放电电路输出端通过导线与过放保护电路联接；过放输出端通过导线与强制放电电路联接。本发明能减少测试过程中人为操作因素所导致的测试结果的差异；能提高测试的准确性、可靠性和安全防护性能；操作方便快捷、数据直观准确。

Description

电池安全性能综合测试仪

技术领域

本发明涉及一种电池安全性能综合测试仪，可广泛用于电池产品的检测，属于检测装置技术领域。

背景技术

锂离子电池作为可靠的能源己经广泛应用于小型电源驱动设备，性能良好的电池，除了应具有一定的性能外，如电化学性能、倍率特性、循环性、温度特性等，还应当保证在使用及搁置期间对人、仪器装备没有伤害。

从其原理上讲，锂电池、锌锰电池、碱性锌锰电池、蓄电池都是利用电池内正、负极材料在电化学性能上的电位差，通过电解质发生化学反应，并对外提供能量。一旦电池不能在设计状态下正常释放电能，导致能量的聚积或异常释放，就会导致电池的自燃或爆炸。

在己有技术中，中国电子科技集团公司第十八研究所申请了一项名称为“一种锂离子电池安全试验装置”的实用新型技术专利，专利号为：“CN200420056417.1”。

该实用新型属于一种锂离子电池安全试验装置，包括油压机、固定在油压机上的夹具装置、多通道采样器和计算机，所述夹具装置包括与油压机活塞连接的连接件、装置底板，连接件和装置底板通过支撑滑杆连接在一起，其特点是：所述连接件侧面安装有一个位移传感器，所述装置底板中心部位镶嵌两个压力传感器。本发明可方便地调节和控制压力；方便更换不同的夹具，实现了不同标准试验通用性，可通用于各种标准的锂离子电池安全试验。”

又如广州市宏圆科技开发有限公司开发生产了“CH9906-1672-2A”系列锂离子电池化成与分容自动检测装置。

该套装置具有以下主要性能特点：“恒流充电到恒压充电过程平滑转换，无电压、电流冲击，不伤电池。其优点在于：恒流充电时，恒压控制给终处于工作状态，避免了电池接触不好而产生的电压失控现象，提高了安全性；每点都有一个独立的恒流、恒压源和独立的充放回路，互不干扰，有过流、过压、欠压保护，安全可靠；夹具外型美观，耐腐蚀性强，使用方便；夹具特征是电池夹具及防爆网框架分别固定在台面上，在防爆网框架上设有防爆网，电池夹具上装有试样(电池)，在箱体内设有检测电路；检测电路由充电电路、短路电路、放电电路、实测电路、标称电路、过放保护电路等组成；检测电路通过导线与电池安全性能测试控制台连接；

最大高度为80mm，且无级可调；正负极极性可调换，同时适用于钢壳电池及铝壳电池；恒流大小、恒压大小由单片机控制，使用更方便，恒压精度高；对突然停电或掉电现象，提供了数据保持功能。恢复来电后，能自动从断点处恢复工作；配套的测控软件提供了丰富的数据处理和监控功能并提供免费的软件升级服务。”

该公司开发生产的BTS2006系列检测设备则可用于锂电、聚合物、镍氢、镍镉等二次单体电池或组合电池的综合性能测试。

该系列检测设备具有以下主要性能特点：“单点独立控制，最大可达10000次循环不间断的持续测试能力，为用户检验电池的真实寿命性能提供有力支持，功能丰富操作简捷，除常规的单只电池的分析功能以及寿命衰减分析功能，系统还提供多只电池同时比较分析的功能，能够对过充、过放、过压、过流、欠压以及欠流等不稳定现象进行有效安全的监控，有力保障设备、电池以及人员的安全。”

从上述的国内外研究的成果可以看出，锂离子蓄电池存在着“热稳定安全性、电稳定安全性”等方面的问题，得到了大量的关注和研究。

在检测设备的开发研制上多注重于对不同种类、形状的锂离子电池的通用性和对不同检测标准的适应性。同时，还注意了功能的丰富、操作的简便。但是对如何在安全检测项目检测过程中，实现对设备、电池以及人员的安全的保护却没有报道和研究。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种电池安全性能综合测试仪，将各种碱性蓄电池、原电池涉及电气安全性能的检测项目通过较为简便的方式集中在一套设备之中，减少了测试过程中人为操作因素所导致的测试结果的差异，提高了测试的准确性、可靠性和安全防护性能，操作方便快捷、数据直观准确。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明主要包括箱体、台面、防护罩、底座，箱体固定在底座上，采用在箱体固定在底座上，在箱体上方设有台面，台面上方设置防护罩；特征是电池夹具及防爆网框架分别固定在台面上，在防爆网框架上设有防爆网，电池夹具上装有试样(电池)，在箱体内设有检测电路；检测电路由充电电路、短路电路、放电电路、实测电路、标称电路、过放保护电路等组成；检测电路通过导线与电池安全性能测试控制台连接；充电输出端通过导线与充电电路输入端联接，充电电路输出端通过导线分别与短路电路、放电电路输入端及电池安全性能测试控制台联接；短路电路输出端通过导线分别与实测电路输入端及标称电路输入端联接；放电电路输出端通过导线与过放保护电路联接；过放输出端通过导线与强制放电电路联接，以上测试为电池安全性能测试提供平台。

所述的充电电路是测试被测电池在非正常工作状态下异常充电情况。

所述的短路电路是测试被测电池在非正常工作状态下异常短路情况。

所述的放电电路是测试被测电池在非正常工作状态下异常放电情况。

所述的实测电路是对被测电池短路电流的实际测量；

所述的标称电路是测试被测电池正、负极，采用可变电阻与被测电池串联在闭合回路中；

所述的过放保护电路是在过度放电的情况下，电解液因分解而导致电池特性劣化，并造成充电次数的降低；可以避免过度放电现象产生，实现电池保护功能；

所述的过放是将被测电池容量放掉后，电池再继续放电；

所述的强制放电电路是以串联的方式将一个外部电源与电池两极端反连进行强制放电。

所述的充电电路是采用被测电池的正极与稳压电源的正极相联接，被测电池的负极与分流器联接，交流接触器通过导线与分流器联接，在被测电池的两端并联一个电压表，电流表联接分流器，被测电池的负极与稳压电源的负极相联接，由交流接触器接通回路，被测电池开始充电。

所述的过放是采用被测电池的正负两端与可调电阻相联接，可调电阻与分流器联接，在被测电池的两端并联一个电压表，电流表联接分流器，由交流接触器接通回路，被测电池开始放电。

所述的过放保护电路是采用电池的正负两端与定值电阻相联接，可调电阻与分流器联接，在被测电池的两端并联一个电压表，电流表联接分流器，由交流接触器接通回路，被测电池开始放电。

所述的强制放电电路是采用被测电池的正极与稳压电源的负极相联，被测电池的负极与可调电阻相联接，可调电阻的另一端与稳压电源的正极相联接，可调电阻与分流器联接，在被测电池的两端并联一个电压表，电流表联接分流器，使用的电阻为可变的电子负载，由交流接触器接通回路，被测电池开始强制放电。

所述的标称电路是采用被测电池的正负两端与可调电阻相联接，使用的电阻为可调电阻，可调电阻与分流器联接，在被测电池的两端并联一个电压表，电流表联接分流器，由交流接触器接通回路，被测电池开始放电。

所述的实测短路是采用被测电池的正负两端直接用导线相联，交流接触器与分流器联接，在被测电池的两端并联一个电压表，电流表联接分流器，由交流接触器接通回路，被测电池开始放电。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明结构简单、紧凑，合理；由于采用了检测工位与操作控制的物理空间隔离方式，保证了检测人员在操作和观察过程中的人身安全。由于在检测工位外部加装了安全防护网，防止电池在试验过程中由于爆炸和燃烧对检测人员和周边设施的伤害。由于在检测工位采取了防火和绝缘措施，有利于防止意外短路和事故后二次伤害的发生。

由于采用了自锁式急停装置，便于检测人员在试验中发生突发事件时的及时处置。可以通过选择不同档位、工装治具，适用于对镍体系蓄电池、锂体系蓄电池和各种化学体系的原电池的检测。验证结果表明：本发明功能和各项技术指标均符合使用要求。功能齐全、测试范围广泛，可以自由调节电压、电流、电阻和试验回路，操作方便、快捷、数据直观准确，在安全防护性能、可靠性、实用性等方面具有领先地位。

附图说明

图1为本发明外形结构示意图。

图2为本发明控制检测电路方框原理图。

图3为本发明充电电路原理图。

图4为本发明过放电路原理图。

图5为本发明过放保护电路原理图。

图6为本发明强制放电电路原理图。

图7为本发明标称短路电路原理图。

图8为本发明实测短路电路原理图。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

本发明主要由防护罩1、防爆网框架2、防爆网3、电池夹具4、试样(电池)5、箱体6、台面7、大量程电流表8、小量程电流表9、电压表10、小功率电阻11、大功率电阻12及底座13等组成。

本发明采用在箱体6固定在底座13上，在箱体6上方设有台面7，台面7上方设置防护罩1；电池夹具4及防爆网框架2分别固定在台面7上，在防爆网框架2上设有防爆网3，电池夹具4上装有试样(电池)5。在箱体6正面上分别设置有大量程电流表8、小量程电流表9、电压表10、小功率电阻11及大功率电阻12。在箱体6内设有检测电路。检测电路由充电电路、短路电路、放电电路、实测电路、标称电路、过放保护电路等组成。检测电路通过导线与电池安全性能测试控制台连接。充电输出端通过导线与充电电路输入端联接，充电电路输出端通过导线分别与短路电路、放电电路输入端及电池安全性能测试控制台联接；短路电路输出端通过导线分别与实测电路输入端及标称电路输入端联接；放电电路输出端通过导线与过放保护电路联接；过放输出端通过导线与强制放电电路联接，以上测试为电池安全性能测提供平台。所述的充电电路是测试被测电池在非正常工作状态下异常充电情况。所述的短路电路是测试被测电池在非正常工作状态下异常短路情况。

所述的放电电路是测试被测电池在非正常工作状态下异常放电情况。所述的实测电路是对被测电池短路电流的实际测量；

所述的标称电路是测试被测电池正、负极，采用电阻心值0～10Ω的可变电阻与被测电池串联在闭合回路中；所述的过放保护电路是在过度放电的情况下，电解液因分解而导致电池特性劣化，并造成充电次数的降低；可以避免过度放电现象产生，实现电池保护功能；所述的过放是将电池容量放掉后，电池再继续放电；所述的强制放电电路是以串联的方式将一个外部电源与电池两极端反连进行强制放电。

如图3所示，所述的充电电路是采用被测电池的正极与稳压电源的正极相联接，被测电池的负极与分流器20A联接，交流接触器KM7通过导线与分流器20A联接，在被测电池的两端并联一个电压表A，电流表A联接分流器20A，被测电池的负极与稳压电源的负极相联接，由交流接触器KM7接通回路，被测电池开始充电。

如图4所示，所述的过放是采用被测电池的正负两端与可调电阻(0～10Ω50W)相联接，可调电阻R(0～10Ω50W)与分流器20A联接，在被测电池的两端并联一个电压表A，电流表A联接分流器20A，由交流接触器KM4接通回路，被测电池开始放电。

如图5所示，所述的过放保护电路是采用电池的正负两端与可调电阻(8.2Ω50W)相联接，定值电阻R(8.2Ω50W)与分流器20A联接，在被测电池的两端并联一个电压表A，电流表A联接分流器20A，由交流接触器接通KM6接通回路，被测电池开始放电。

如图6所示，所述的强制放电电路是采用被测电池的正极与稳压电源的负极相联，被测电池的负极与可调电阻R(0-10Ω50W)相联接，可调电阻R(0-10Ω50W)的另一端与稳压电源的正极相联接，可调电阻R(0-10Ω50W)与分流器20A联接，在被测电池的两端并联一个电压表A，电流表A联接分流器20A，使用的电阻为可变的电子负载，由交流接触器KM5接通回路，被测电池开始强制放电。

如图7所示，所述的标称电路是采用被测电池的正负两端与可调电阻相联接，使用的电阻为可调电阻R(0.1～9.9Ω300W)，可调电阻R(0.1～9.9Ω300W)与分流器100A联接，在被测电池的两端并联一个电压表A，电流表A联接分流器100A，由交流接触器KM1接通回路，被测电池开始放电。

如图8所示，所述的实测电路是采用被测电池的正负两端直接用导线相联，交流接触器KM2与分流器100A联接，在被测电池的两端并联一个电压表A，电流表A联接分流器100A，由交流接触器KM2接通回路，被测电池开始放电。

为了直观的显示被测电池的状态，均在被测电池的两端并联一个电压表，在标称电路和短路中串接一个大量程的电流表(0～100A)，在其它回路里串接一个小量程的电流表。

本发明的工作原理及工作过程：

本发明通过充电，放电，短路回路模拟标准规定的电池在各种异常情况下的非正常工作状态，以检测电池的安全性能。

本发明易于操作，易于观察试验进程和结果，易于参照相关标准对该设备进行检定。具体的技术指标如下：

1.完成标准要求的短路和短路保护(在室温和高温下)、过充和过充保护、过放保护、强制放电、非正常充电、高倍率充电、低倍率持续充电等安全项目的测试要求；

2.能够记录检测过程中，标准要求的相关数据及被测锂电池的变化，以便对锂电池的在测试过程中发生燃烧、爆炸的原因和后果进行更加深入的研究；

3.检测设备能够按照试验标准的要求对相关试验参数进行调整，以增加检测智能化程度；

4.检测设备要求实现系列化，以便能针对不同规格、类型的锂电池和检测的特殊要求，方便的生产合适各种要求的检测设备；

5.检测设备在检测过程中发生燃烧、爆炸的情况下，能防止对人身造成伤害，同时便捷的终止试验，防止进一步损害的发生。

6、通过对锂离子蓄电池在过充、过放、过压、过流、欠压、欠流等极端情况下的表现的检测和分析，是锂离子蓄电池检测标准制定的出发点和落脚点。如何能在一套设备中实现检测项目的集中化、检测对象的通用化、检测操作的简便化、检测步骤的标准化是本发明所要重点解决的另一个主要问题。

Claims (1)

1.一种电池安全性能综合测试仪，包括防护罩(1)、防爆网框架(2)、防爆网(3)、电池夹具(4)、试样(5)、箱体(6)、台面(7)、100A的第一至第二个大量程电流表、20A的第一至第四个小量程电流表、第一至第六个电压表、50W的第一至第三个小功率电阻、一个300W的大功率电阻(12)、底座(13)、第一至第六个分流器、交流接触器KM1、交流接触器KM2、交流接触器KM4、交流接触器KM5、交流接触器KM6、交流接触器KM7，箱体(6)固定在底座(13)上，在箱体(6)上方设有台面(7)，台面(7)上方设置防护罩(1)；其特征是：电池夹具(4)及防爆网框架(2)分别固定在台面(7)上，在防爆网框架(2)上设有防爆网(3)，电池夹具(4)上装有试样(5)，在箱体(6)内设有检测电路；检测电路由充电电路、短路电路、放电电路、实测电路、标称电路、过放保护电路、充电、过放和强制放电电路组成；充电输出端通过导线与充电电路输入端联接，充电电路输出端通过导线分别与短路电路、放电电路输入端及电池安全性能测试控制仪联接；短路电路输出端通过导线分别与实测电路输入端及标称电路输入端联接；放电电路输出端通过导线与过放保护电路联接；过放输出端通过导线与强制放电电路联接；

所述的充电电路是测试电池在非正常工作状态下异常充电情况；

所述的短路电路是测试电池在非正常工作状态下异常短路情况；

所述的放电电路是测试电池在非正常工作状态下异常放电情况；

所述的实测电路是对电池短路电流的实际测量；

所述的标称电路是测试电池正、负极；

所述的过放保护电路是在过度放电的情况下，能够避免过度放电现象产生，实现电池保护功能；

所述的过放是将电池容量放掉后，电池再继续放电；

所述的强制放电电路是以串联的方式将一个外部电源与电池两极端反连进行强制放电；

所述的充电电路是采用被测电池的正极与稳压电源的正极相联接，被测电池的负极与20A的第一分流器联接，交流接触器KM7通过导线与20A的第一分流器联接，在被测电池的两端并联第一电压表，20A的第一小量程电流表联接20A的第一分流器，被测电池的负极与稳压电源的负极相联接，由交流接触器KM7接通回路，被测电池开始充电；

所述的过放是采用被测电池的正负两端与可调的50W的第一小功率电阻相联接，可调的50W的第一小功率电阻与20A的第二分流器联接，在被测电池的两端并联第二电压表，20A的第二小量程电流表联接20A的第二分流器，由交流接触器KM4接通回路，被测电池开始放电；

所述的过放保护电路采用电池的正负两端与定值的50W的第二小功率电阻相联接，定值的50W的第二小功率电阻与20A的第三分流器联接，在被测电池的两端并联第三电压表，20A的第三小量程电流表联接20A的第三分流器，由交流接触器KM6接通回路，被测电池开始放电；

所述的强制放电电路是采用被测电池的正极与稳压电源的负极相联，被测电池的负极与可调的50W的第三小功率电阻相联接，可调的50W的第三小功率电阻的另一端与稳压电源的正极相联接，可调的50W的第三小功率电阻与20A的第四分流器联接，在被测电池的两端并联第四电压表，20A的第四小量程电流表联接20A的第四分流器，使用的电阻为可变的电子负载，由交流接触器KM5接通回路，被测电池开始强制放电；

所述的标称电路是采用被测电池的正负两端与可调的300W的大功率电阻相联接，使用的电阻为可调的300W的大功率电阻，可调的300W的大功率电阻与100A的第五分流器联接，在被测电池的两端并联第五电压表，100A的第一大量程电流表联接100A的第五分流器，由交流接触器KM1接通回路，被测电池开始放电；

所述的实测电路是采用被测电池的正负两端直接用导线相联，交流接触器KM2与100A的第六分流器联接，在被测电池的两端并联第六电压表，100A的第二大量程电流表联接100A的第六分流器，由交流接触器KM2接通回路，被测电池开始放电。

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