CN107861065A - 一种动力电池试验热失控测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力电池试验热失控测试方法，包括如下步骤：S1：监测待测试电池是否产生电压降及电压下降值；S2：监测温度是否达到设定的最高工作温度；S3：监测温升速率dT/dt及持续时间；上述S1、S2、S3可同时监测或任意调整顺序；当步骤S3中dT/dt≥设定温升速率，且持续一定时间以上；且步骤S1中产生电压降，并下降至电压设定值以下和/或步骤S2中达到设定的最高工作温度则判定发生热失控。本发明所述的动力电池试验热失控测试方法可以有效的对动力电池测试热失控试验的触发条件进行对比验证，是一种可复制的可操作的可重复的试验方法，能够以实际试验验证电池内短路的安全风险。

Description

一种动力电池试验热失控测试方法

技术领域

本发明属于动力电池测试领域，尤其是涉及一种动力电池试验热失控测试方法。

背景技术

近年来，全球电动汽车市场正以更快的速度成长，电动汽车产销量均有明显提升，这主要依赖于各国政府相继发布电动汽车发展战略和国家计划，进一步为产业发展指明了方向；二是动力电池得到高度重视，研发投入急剧增加，电动汽车技术瓶颈突破的预期大大增强；三是各国政府加大政策支持力度，全力推进电动汽车产业化；四是纯电动汽车得益于高性能锂离子电池的发展应用，受到各国政府和各大汽车公司的重新重视，产业化步伐不断加快。而且国家也加大了对这方面的扶持力度，未来5年将是电动汽车从研发阶段向产业化阶段过渡的关键时期，也是中国将电动汽车产业做大做强的关键5年。

然而作为电动汽车关键零部件之一，锂离子电池的测试评价技术得到了越来越多的广泛，只有锂离子电池经过更严格的测试之后才可以保证锂离子电池的持续健康发展，动力电池单体热失控及电池系统的热扩展实验是动力电池行业研究的重点和难点。由于单体内短路的不可预测性和不可重现性，导致单体内短路引发的安全隐患无法排除和规避。

锂离子电池进行强制性检验时按照《GBT 31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》进行，在此标准中例如单体模组的过充安全、过放安全、挤压、跌落、针刺、短路等等都有可能在试验中起火爆炸，那么对于电池在实验过程中起火爆炸后该如何安全快速的灭火是很有必要的。对单体的热失控触发方式进行研究和试验验证，就是要从可操作的层面出发，研究可复制的可操作的可重复的试验方法，以实际试验验证电池内短路的安全风险。暂定热失控的触发方式为：针刺、过充电、加热。针刺试验是以钢针贯穿电池，以钢针作为载体，破坏电池的隔膜，造成正负极的短路，触发电池发生热失控；过充电试验是以充电的方式造成电池内部材料结构的塌陷和损坏，引起电芯热失控；加热的方式是通过外部热源对电池持续加热，直至隔膜熔解，电芯发生热失控。三种方式不可避免的引入了外界影响因素，针刺中的钢针，过充电中的持续能量灌注，加热中的持续热源，现有的检测电池热失控的方法仅通过某一参数来判定热失控，判定具有片面性，不能用来综合评价电池的质量。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种动力电池试验热失控测试方法，以解决现有的动力电池试验热失控判定方法片面、不能对电池质量进行综合评价等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种动力电池试验热失控测试方法，包括如下步骤：

S1：监测待测试电池是否产生电压降及电压下降值；

S2：监测温度是否达到设定的最高工作温度；

S3：监测温升速率dT/dt及持续时间；

上述S1、S2、S3可同时监测或任意调整顺序；

当步骤S3中dT/dt≥设定温升速率，且持续一定时间以上；且步骤S1中产生电压降，并下降至电压设定值以下和/或步骤S2中达到设定的最高工作温度则判定发生热失控。

进一步的，当S3中dT/dt≥1℃/s，且持续2s以上；且S1中产生电压降，并下降至额定电压的1/2以下和/或S2中达到设定的最高工作温度则判定发生热失控。

进一步的，对待测电池进行针刺、过充电或加热，针刺、过充电或加热中进行S1、S2、S3，根据S1、S2、S3过程中监测的数据对是否发生热失控进行判定；待测电池进行针刺、过充电或加热前需进行如下准备：

a)待测电池按照企业规定的充电方法充电至满电态，静置30min；

b)1C放电至企业规定的放电终止条件，静置30min；

c)重复步骤a)和步骤b)至少2次；

d)动力电池应按照企业规定的充电方法充电至满电态；

e)要求电池样品的容量在额定容量的100％—110％；

f)电池应在12-36小时内进行相应针刺、过充电或加热试验。

进一步的，对待测电池进行针刺时：

选用耐高温、不锈钢针；

钢针直径5mm；

钢针针尖圆锥角度为60°；

钢针表面要求：光洁、无锈蚀、氧化层及油污；

针刺速度：25mm/s。

更进一步的，对待测电池进行针刺时：采集电芯电压，电芯各位置的温度，试验前电芯质量、试验后电芯质量，并对试验中进行视频录像，采集试验前、后照片；上述数据采样速率为100Hz。

进一步的，对待测电池进行过充电时：

采用三种不同倍率：1C、2C、3C分别进行过充电；

试验中以相应电流对满电态电池进行过充电，直至样品发生热失控或者电压达到20V。

更进一步的，对待测电池进行过充电时：采集电芯电压，试验电流，有效过充电时间，过充电引入的总能量，电芯各位置的温度，试验前电芯质量、试验后电芯质量，并对试验中进行视频录像，采集试验前、后照片；除试验电流和有效过充电时间，上述有效数据采样速率10Hz。

进一步的，对待测电池进行加热时：

以要求的加热功率对待测电池进行持续加热，直至样品发生热失控；

加热功率为可选择如下3种方式中的任意一种：

1)加热功率为375*m/1800，单位(kW)；

2)加热功率为375*m/1200，单位(kW)；

3)加热功率为375*m/600，单位(kW)；

其中，m为电池重量，单位为kg。

进一步的，对待测电池进行加热时，电池的安装方法如下：

对于方形与软包电池：布置温度传感器和加热装置，加热装置的加热片安装于动力电池的最大面的一侧，加热片面积应控制在安装面面积的1/2～4/5，温度传感器布置于动力电池加热面对侧的中心位置；

对于圆柱电池：布置温度传感器，并以加热丝缠绕的方式布置加热装置，温度传感器位于圆柱电池的正、负极位置的侧面处。

更进一步的，对待测电池进行加热时，采集电芯电压，加热功率，加热时间，加热引入的总能量，电芯各位置的温度，试验前电芯质量、试验后电芯质量，并对试验中进行视频录像，采集试验前、后照片；上述有效数据采样速率10Hz。

相对于现有技术，本发明所述的动力电池试验热失控测试方法具有以下优势：

本发明所述的动力电池试验热失控测试方法可以有效的对动力电池测试热失控试验的触发条件进行对比验证，是一种可复制的可操作的可重复的试验方法，能够以实际试验验证电池内短路的安全风险。

附图说明

图1为方形与软包电池进行加热时的结构示意图；

图2为圆柱电池进行加热时的结构示意图。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明。

虽然触发方式(针刺、过充电或加热)不同，但是试验前的样品准备过程相同，具体方法如下：

a)待测电池应按照企业规定的充电方法充电至满电态，静置30min；

b)1C放电至企业规定的放电终止条件，静置30min；

c)重复步骤a)和步骤b)至少2次；

d)动力电池应按照企业规定的充电方法充电至满电态；

e)要求电池样品的容量在额定容量的100％—110％

f)电池应在12-36小时内进行相应针刺、过充电或加热试验。

试验参数采集要求

单体热失控试验中，由于触发方式的不同，试验中采集和记录的参数有所差异，下表中列出了试验中需要采集的参数以及对采样速率的要求。

试验方法

1.针刺

钢针材质：耐高温、不锈钢

直径：5mm

针尖：圆锥角度为60°

表面要求：光洁，无锈蚀、氧化层及油污。根据热失控结果，对软包电池进行钢针表面光洁度的对比试验。

针刺速度：25mm/s。

2.过充电

以过充电的方式触发热失控时，过充电的电流倍率会对结果产生影响，因此采用三种不同倍率：1C、2C、3C。试验中以相应电流对满电态电池进行过充电，直至样品发生热失控或者电压达到20V。

3.加热

1)安装

方形与软包电池：

首先布置温度传感器和加热装置，加热片安装于动力电池的最大面的一侧，加热片面积应控制在安装面面积的1/2～4/5，温度传感器布置于对侧中心。如图1所示。

圆柱电池：

首先布置温度传感器，以加热丝缠绕的方式布置加热装置。如图2所示。

2)试验参数设置

30min→150℃：加热功率应为375m/1800,单位(kW)(m电池重量(单位kg))；

20min→150℃：加热功率应为375m/1200,单位(kW)(m电池重量(单位kg))；

10min→150℃：加热功率应为375m/600,单位(kW)(m电池重量(单位kg))。

试验中以要求的加热功率对电池进行持续加热，直至样品发生热失控。

测试样品的夹具工装的安装

对于方形和软包电池，应使用厚度为10mm的环氧树脂夹具工装进行试验。

环氧树脂夹具工装位于样品面积最大的面的两侧，用螺栓紧固，紧固力为3N.M。

该环氧树脂夹具工装主要用来限制样品在测试过程中的鼓涨，避免温度传感器或加热装置的脱落，影响试验数据的有效性。

热失控判断

待测试电池产生电压降(电压下降为电池充电截止电压的1/2以下)并且监测点的温升速率dT/dt≥1℃/s且持续时间≥2s，判定热失控发生；

或者待测试电池温度达到设定的最高工作温度(电池企业给出)，并且监测点的温升速率dT/dt≥1℃/s，且持续时间≥2s，判定热失控发生。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：监测待测试电池是否产生电压降及电压下降值；

S2：监测温度是否达到设定的最高工作温度；

S3：监测温升速率dT/dt及持续时间；

上述S1、S2、S3可同时监测或任意调整顺序；

当步骤S3中dT/dt≥设定温升速率，且持续一定时间以上；且步骤S1中产生电压降，并下降至电压设定值以下和/或步骤S2中达到设定的最高工作温度则判定发生热失控。

2.根据权利要求1所述的动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：当S3中dT/dt≥1℃/s，且持续2s以上；且S1中产生电压降，并下降至额定电压的1/2以下和/或S2中达到设定的最高工作温度则判定发生热失控。

3.根据权利要求2所述的动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：对待测电池进行针刺、过充电或加热，针刺、过充电或加热中进行S1、S2、S3，根据S1、S2、S3过程中监测的数据对是否发生热失控进行判定；

待测电池进行针刺、过充电或加热前需进行如下准备：

a)待测电池按照企业规定的充电方法充电至满电态，静置30min；

b)1C放电至企业规定的放电终止条件，静置30min；

c)重复步骤a)和步骤b)至少2次；

d)动力电池应按照企业规定的充电方法充电至满电态；

e)要求电池样品的容量在额定容量的100％—110％；

f)电池应在12-36小时内进行相应针刺、过充电或加热试验。

4.根据权利要求3所述的动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：对待测电池进行针刺时：

选用耐高温、不锈钢针；

钢针直径5mm；

钢针针尖圆锥角度为60°；

钢针表面要求：光洁、无锈蚀、氧化层及油污；

针刺速度：25mm/s。

5.根据权利要求4所述的动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：

对待测电池进行针刺时：采集电芯电压，电芯各位置的温度，试验前电芯质量、试验后电芯质量，并对试验中进行视频录像，采集试验前、后照片；上述数据采样速率为100Hz。

6.根据权利要求3所述的动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：对待测电池进行过充电时：

采用三种不同倍率：1C、2C、3C分别进行过充电；

试验中以相应电流对满电态电池进行过充电，直至样品发生着火或爆炸事故、或者电压达到20V。

7.根据权利要求6所述的动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：对待测电池进行过充电时：采集电芯电压，试验电流，有效过充电时间，过充电引入的总能量，电芯各位置的温度，试验前电芯质量、试验后电芯质量，并对试验中进行视频录像，采集试验前、后照片；除试验电流和有效过充电时间，上述有效数据采样速率10Hz。

8.根据权利要求3所述的动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：对待测电池进行加热时：

以要求的加热功率对待测电池进行持续加热，直至样品发生发生着火或爆炸事故或试验时间超过1小时；

加热功率为可选择如下3种方式中的任意一种：

1)加热功率为375*m/1800，单位(kW)；

2)加热功率为375*m/1200，单位(kW)；

3)加热功率为375*m/600，单位(kW)；

其中，m为电池重量，单位为kg。

9.根据权利要求8所述的动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：对待测电池进行加热时，电池的安装方法如下：

对于方形与软包电池：布置温度传感器和加热装置，加热装置的加热片安装于动力电池的最大面的一侧，加热片面积应控制在安装面面积的1/2～4/5，温度传感器布置于动力电池加热面对侧的中心位置；

对于圆柱电池：布置温度传感器，并以加热丝缠绕的方式布置加热装置，温度传感器位于圆柱电池的正、负极位置的侧面处。

10.根据权利要求8所述的动力电池试验热失控测试方法，其特征在于：对待测电池进行加热时，采集电芯电压，加热功率，加热时间，加热引入的总能量，电芯各位置的温度，试验前电芯质量、试验后电芯质量，并对试验中进行视频录像，采集试验前、后照片；上述有效数据采样速率10Hz。