CN105958133B - 一种圆柱电池过充试验装置及方法 - Google Patents

一种圆柱电池过充试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆柱电池过充试验装置及方法。在试验装置中，电芯夹具用于夹持圆柱电池，可调直流稳压电源的正极与电芯夹具的正极端连接，其负极与分流器一端连接，分流器另一端与电芯夹具的负极端连接，电压温度采集器的第一通道正极端通过电压采集线正极线与电芯夹具的正极端连接，电压温度采集器的第一通道负极端通过电压采集线负极线与电芯夹具的负极端连接，电压温度采集器的第二通道通过温度采集线与温度探头连接，温度探头与圆柱电池表面连接，电压温度采集器的第三通道通过电流采集线与分流器连接，电芯夹具保护罩套设在电芯夹具的外侧，灭火装置与电芯夹具保护罩相连通。本发明具有节约了电能和防止安全隐患的优点。

Description

一种圆柱电池过充试验装置及方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，更具体地说，特别涉及一种圆柱电池过充试验装置及方法。
背景技术
由于圆柱形锂离子电池用途不断地扩大，电池能量密不断地提高，电池安全性也越受人们的关注。所以，电池安全试验设备也越来越多。目前，可用于电池过充电设备主要有：单体(单串)电池测试设备(电压0-5v)，模组(多串电池)测试设备，以及不带安全保护的简易恒压电源充电装置。随着新国标对过充条件的不断提高，许多单体测试设备由于电压范围的限制，已经无发用于过充试验；模组充放电设备用于单体电池过充试验已经比比皆是，但由于模组设备功率大用于单体测试无疑是浪费资源。现有技术存在的缺点主要包括以下几个部分：
1、单体试验设备的电压范围是0-5V，而汽车行业标准QC/T743-2006或GB-T31485对单体电芯过充要求有一种是以3C电流充电止电压到10V才停止试验，所以这种单体试验设备是无法满足的。
2、使用模组充放电设备完成过充试验，由于模组设备功率大、低电压时误差大，这样既浪费电而且记录电压数据误差大。
3、不带安全保护的简易恒压电源充电装置，基本只看过充电后结果，而不能实时地记录数据；而且不带安全保护装置，在过充中电池发生着火和爆炸等可能会伤到周围的事物。
4、误差小又省电的充放电设备可用于过充试验，但对测试场地要求高，因为过充属于安全试验，在过充中可能发生着火、爆炸等。
5、专门的充放电设备价钱高、体积大而且对实验场地要求高，去专门的检测机构验证费用高、周期长。所以，很多需要安全验证的试验，由于条件限制而留下了许多安全隐患。
6、由于连接和测试方法不规范，导致结果误差大。
因此，发展圆柱电池过充试验装置刻不容缓。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆柱电池过充试验装置及方法，其可以节约电能、提高安全检验频率，以减少不安全带来的隐患。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种圆柱电池过充试验装置，包括电芯夹具、电压温度采集器、分流器、可调直流稳压电源、温度探头、电芯夹具保护罩和灭火装置，所述电芯夹具用于夹持圆柱电池，所述可调直流稳压电源的正极与电芯夹具的正极端连接，其负极与分流器一端连接，所述分流器另一端与电芯夹具的负极端连接，所述电压温度采集器的第一通道正极端通过电压采集线正极线与电芯夹具的正极端连接，所述电压温度采集器的第一通道负极端通过电压采集线负极线与电芯夹具的负极端连接，所述电压温度采集器的第二通道通过温度采集线与温度探头连接，所述温度探头与圆柱电池表面连接，所述电压温度采集器的第三通道通过电流采集线与分流器连接，所述电芯夹具保护罩套设在电芯夹具的外侧，所述灭火装置与电芯夹具保护罩相连通。
进一步地，所述电芯夹具包括固定底托、滑动侧支架、固定侧支架、夹具正极头和夹具负极头，所述滑动侧支架可滑动的安装于固定底托上，所述固定侧支架固定安装于固定底托上且该固定侧支架与滑动侧支架相对应，所述夹具正极头安装于滑动侧支架上，所述夹具负极头安装于固定侧支架上，所述圆柱电池固定在夹具正极头与夹具负极头之间。
进一步地，所述固定底托上设有调节槽，所述滑动侧支架为L形结构，该L形结构的滑动侧支架下端通过第一紧固件安装于调节槽内。
进一步地，所述夹具正极头包括第一过电流头和与第一过电流头连接的第一电压采集针，所述夹具负极头包括第二过电流头和与第二过电流头连接的第二电压采集针，所述圆柱电池固定在第一过电流头和第二过电流头之间，所述第一电压采集针与可调直流稳压电源的正极连接，所述第二电压采集针与分流器另一端连接。
进一步地，所述第一过电流头和第二过电流头的头部均为锥形结构。
进一步地，所述第一过电流头和第二过电流头均采用铜材料制成，且第一过电流头和第二过电流头的头部表面渡银，所述第一电压采集针和第二过电流头均采用钢镀镍材料制成。
进一步地，所述电芯夹具保护罩的上端设有灭火管接口，所述灭火装置通过灭火管与灭火管接口连接。
进一步地，所述灭火装置为CO2灭火装置。
本发明还提供一种圆柱电池过充试验方法，包括以下步骤，
步骤1：可调直流稳压电源上电，然后打开仪器开关，调节电压值到圆柱电池最高安全充电电压的2倍，电流设置为圆柱电池额定容量的1倍，并设置为恒流模式；
步骤2：设置电压温度采集器，仪器上电，打开仪器开关，通过仪器显示屏对仪器各通道设置，第一通道和第三通道设置为直流电压模式，第二通道设置成T型热电偶模式；
步骤3：将待测试且满充电的圆柱电池用内阻仪测试开路电压和交流内阻，再安装在电芯夹具上，电池正极朝夹具正极，负极朝夹具负极；安装完检查电芯有没有被夹紧、接触良好，如果没问题，则将温度探头高温胶带贴于圆柱电芯中心外表面，然后盖上夹具保护罩；
步骤4：进入电压温度采集器监控界面查看显示是否正常，如果正常，则设置数据采样间隔为1s，设置好数据保存路径；设置电压报警阈值为电池安全最高电压的1.5倍，时间报警阈值为1H，完成所有设置后点开始监控按钮，同时可调直流稳压电源点击开始充电；
步骤5：开始测试，监控电池的电压、温度变化；
步骤6：当电压或时间到报警值时，设备开始报警，则按下可调直流稳压电源的停止按钮；然后停止数据记录并导出测试数据，过充电芯放置1H后取出，测量电池开路电压和交流内阻，测试完放入安全废品存放区，且在测试中圆柱电池无爆炸、没起火，则测试合格；
步骤7：如果在测试过程中没达到报警值圆柱电池爆炸或着火，则开启灭火装置迅速灭火并停止充电，停止电压、温度采集仪并导出数据，分析电压和温度变化情况，整个测试完成，电池过充不合格。
进一步地，在步骤1之间还包括检查试验装置线路连接，线束有无断裂及破皮，灭火装置是否正常。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明节约了电能，并且能及时检验出电池过充中的不安全隐患，防止后期使用过程中带来的安全事故问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述圆柱电池过充试验装置的原理图。
图2是本发明所述圆柱电池过充试验装置中电芯夹具的爆炸图。
图3是本发明所述圆柱电池过充试验装置中电芯夹具的立体图。
图4是本发明所述圆柱电池过充试验装置中分流器的示意图。
图5是本发明所述圆柱电池过充试验装置的电路原理图。
附图标记说明：1、圆柱电池，2、电芯夹具，3、电压温度采集器，4、分流器，5、可调直流稳压电源，6、负载连接线束，7、温度探头，8、电芯夹具保护罩，9、灭火管接口，10、灭火装置，21、固定底托，22、滑动侧支架，23、固定侧支架，24、第一紧固件，25、第二紧固件，26、夹具正极头，27、夹具负极头，261、第一过电流头，262、第一电压采集针，271、第二过电流头，272、第二电压采集针，31、电压采集线，32、温度采集线，33、电流采集线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图1和图5所示，本发明提供一种圆柱电池过充试验装置，包括电芯夹具2、电压温度采集器3、分流器4、可调直流稳压电源5、温度探头7、电芯夹具保护罩8和灭火装置10，所述电芯夹具2用于夹持圆柱电池1，所述可调直流稳压电源5的正极与电芯夹具2的正极端连接(通过负载连接线束6)，其负极与分流器4一端连接(通过负载连接线束6)，所述分流器4另一端与电芯夹具2的负极端连接(通过负载连接线束6)，所述电压温度采集器3的第一通道正极端通过电压采集线31正极线与电芯夹具2的正极端连接，所述电压温度采集器3的第一通道负极端通过电压采集线31负极线与电芯夹具2的负极端连接，所述电压温度采集器3的第二通道通过温度采集线32与温度探头7连接，所述温度探头7与圆柱电池1表面连接，所述电压温度采集器3的第三通道通过电流采集线33与分流器4连接，所述电芯夹具保护罩8套设在电芯夹具2的外侧，所述灭火装置10与电芯夹具保护罩8相连通。
参阅图2和图3所示，所述电芯夹具2包括固定底托21、滑动侧支架22、固定侧支架23、夹具正极头26和夹具负极头27，所述滑动侧支架22可滑动的安装于固定底托21上，所述固定侧支架23固定安装于固定底托21上且该固定侧支架23与滑动侧支架22相对应，所述夹具正极头26安装于滑动侧支架22上，所述夹具负极头27安装于固定侧支架23上，所述圆柱电池1固定在夹具正极头26与夹具负极头27之间。
所述固定底托21、滑动侧支架22、固定侧支架23都是由耐热、绝缘聚合物加工而成。
具体的，为了适应不同的电池大小，所述固定底托21上设有调节槽，所述滑动侧支架22为L形结构，该L形结构的滑动侧支架22下端通过第一紧固件24(即螺丝)安装于调节槽内。通过移动滑动侧支架22即可夹持住不同大小的电池。
所述夹具正极头26包括第一过电流头261和与第一过电流头261连接的第一电压采集针262，所述夹具负极头27包括第二过电流头271和与第二过电流头271连接的第二电压采集针272，所述圆柱电池1固定在第一过电流头261和第二过电流头271之间，所述第一电压采集针262与可调直流稳压电源5的正极连接，所述第二电压采集针272与分流器4另一端连接。
所述第一过电流头261和第二过电流头271的头部均为锥形结构。
所述第一过电流头261和第二过电流头271均采用铜材料制成，且第一过电流头261和第二过电流头271的头部表面渡银，目的是为了减少电阻，所述第一电压采集针262和第二过电流头271均采用钢镀镍材料制成，用于采集电池电压。
所述电芯夹具保护罩8由耐高温、透明玻璃纤维材料制成；夹具保护罩顶部中央位置上有用于连接灭火管的灭火管接口9，灭火装置10通过灭火管与灭火管接口9连通，两个侧面有两个半圆弧，用于电压、电流线束通过。
作为优选，所述灭火装置10为CO2灭火装置，也可以根据需要选择其他灭火装置。
参阅图4所示，所述分流器4分为分流器41和分流器42，夹具2负载连接线束6一端连接到第二过电流头271271，另一端连接到分流器42上，分流器42另一端通过负载连接线束6连接到恒流可调电源5负极端。分流器的电流采集线33，一端连接到分流器41，另一端连接到电压温度采集仪器通道3上。
作为优选，所述分流器4使用60MV-100A锰铜直流分流器，精确度等级0.5级。
作为优选，所述可调直流稳压电源5规格为20V-100A，电压精度0.5％FS，电流精度0.5％FS。
作为优选，所述负载线束6选用持续过电流为100A的软铜线。
作为优选，所述电压采集线31最大能过1A电流。
作为优选，所述温度采集线32采用T型热电偶，热电偶红色端接入第二通道的正极端，白色端接第二通道的负极端。
所述电压温度采集器3有八个通道，既可以采集电压，又可以采集温度可支持K型、T型、10K电阻等类型温度线；电压精度0.1％，温度精度0.5℃。
本发明实现圆柱电池过充试验的方法包括具体为：
1、准备测试装置及试验用圆柱电池。
2、检查测试装置线路连接，螺丝有无松动，线束有无断裂及破皮，灭火用CO2气体是否够用，一切检查完成后进入下一步。
3、可调直流稳压电源上电，然后打开仪器开关，调节电压值到电池最高安全充电电压的2倍，电流设置为1C(电池额定容量的1倍)，仪器设置为恒流模式，设置完成进入下一步。
4、开始设置电压温度仪器，仪器上电，打开仪器开关，通过仪器显示屏对仪器各通道设置，第一通道和第三通道设置为直流电压模式，第二通道设置成T型热电偶模式，其它通道不用选择。
5、将准备好要测试的满充电圆柱电池用内阻仪测试开路电压(OCV)和交流内阻(IR)，然后安装在夹具2上，电池正极朝夹具正极，负极朝夹具负极按照；安装完检查电芯有没有被夹紧、接触良好，如果没问题，则将T型热电偶用高温胶带贴于圆柱电芯(高)的中心外表面，然后盖上夹具保护罩8，进入下一步。
6、进入电压、温度采集仪监控界面查看显示是否正常，如果正常，则设置数据采样间隔为1s，设置好数据保存路径；设置电压报警阈值为电池安全最高电压的1.5倍(如果电池是三元材料，则电压设为6.3v)，时间报警阈值为1H。完成所有设置后点开始监控按钮，同时可调直流稳压电源点击开始充电。
7、开始测试，监控电池的电压、温度变化。
8、当电压或时间到设备报警值时，设备开始报警，则按下可调直流稳压电源5的停止按钮；然后停止数据记录并导出测试数据。过充电芯放置1H后取出，测量电池开路电压和交流内阻，测试完放入安全废品存放区。整个测试完成，测试中电芯无爆炸、没起火，测试合格。
9、如果在测试过程中没达到报警值电池爆炸或着火，则开启灭火器装置10迅速灭火并停止充电，停止电压、温度采集仪并导出数据，分析电压和温度变化情况。整个测试完成，电池过充不合格。
本发明以三元-18650-2.5AH锂离子电池为例，1.5倍时的安全电压为6.3v，1C的电流大小为2.5A。
本发明的试验装置既能精确采集电压、电流、温度，又能节约资源，安全性高，而且便于携带对测试场所的要求低；整个试验接线及其操作方法简单、易懂。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种圆柱电池过充试验装置的试验方法，所述的圆柱电池过充试验装置包括电芯夹具、电压温度采集器、分流器、可调直流稳压电源、温度探头、电芯夹具保护罩和灭火装置，所述电芯夹具用于夹持圆柱电池，所述可调直流稳压电源的正极与电芯夹具的正极端连接，其负极与分流器一端连接，所述分流器另一端与电芯夹具的负极端连接，所述电压温度采集器的第一通道正极端通过电压采集线正极线与电芯夹具的正极端连接，所述电压温度采集器的第一通道负极端通过电压采集线负极线与电芯夹具的负极端连接，所述电压温度采集器的第二通道通过温度采集线与温度探头连接，所述温度探头与圆柱电池表面连接，所述电压温度采集器的第三通道通过电流采集线与分流器连接，所述电芯夹具保护罩套设在电芯夹具的外侧，所述灭火装置与电芯夹具保护罩相连通；
其特征在于：包括以下步骤，
步骤1：可调直流稳压电源上电，然后打开仪器开关，调节电压值到圆柱电池最高安全充电电压的2倍，电流设置为圆柱电池额定容量的1倍，并设置为恒流模式；
步骤2：设置电压温度采集器，仪器上电，打开仪器开关，通过仪器显示屏对仪器各通道设置，第一通道和第三通道设置为直流电压模式，第二通道设置成T型热电偶模式；
步骤3：将待测试且满充电的圆柱电池用内阻仪测试开路电压和交流内阻，再安装在电芯夹具上，电池正极朝夹具正极，负极朝夹具负极；安装完检查电芯有没有被夹紧、接触良好，如果没问题，则将温度探头高温胶带贴于圆柱电芯中心外表面，然后盖上夹具保护罩；
步骤4：进入电压温度采集器监控界面查看显示是否正常，如果正常，则设置数据采样间隔为1s，设置好数据保存路径；设置电压报警阈值为电池安全最高电压的1.5倍，时间报警阈值为1H，完成所有设置后点开始监控按钮，同时可调直流稳压电源点击开始充电；
步骤5：开始测试，监控电池的电压、温度变化；
步骤6：当电压或时间到报警值时，设备开始报警，则按下可调直流稳压电源的停止按钮；然后停止数据记录并导出测试数据，过充电芯放置1H后取出，测量电池开路电压和交流内阻，测试完放入安全废品存放区，且在测试中圆柱电池无爆炸、没起火，则测试合格；
步骤7：如果在测试过程中没达到报警值圆柱电池爆炸或着火，则开启灭火装置迅速灭火并停止充电，停止电压、温度采集仪并导出数据，分析电压和温度变化情况，整个测试完成，电池过充不合格。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱电池过充试验装置的试验方法，其特征在于：在步骤1之前 还包括检查试验装置线路连接，线束有无断裂及破皮，灭火装置是否正常。
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