CN108376812A - 电池热失控蔓延模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够能受控模拟二次电池着火、燃烧和爆炸的电池热失控蔓延模拟装置。该电池热失控蔓延模拟装置，包括电池模组本体、热源激发控制系统；所述热源激发控制系统包括短路装置、加热装置以及控制器；所述加热装置包括电源、第一可变电阻；所述短路装置包括第二可变电阻、接触器；所述电池模组本体内设置有加热体；所述加热体通过导线与第一可变电阻、电源串联；所述电池模组本体通过导线与第二可变电阻、接触器串联；所述电源以及接触器均与控制器电连接，所述控制器控制电源以及接触器的开闭。采用该电池热失控蔓延模拟装置能够节省试验设备，并提高实验和研究效率。

Description

电池热失控蔓延模拟装置
技术领域
本发明涉及模拟装置，尤其涉及一种电池热失控蔓延模拟装置。
背景技术
众所周知的：二次电池，尤其是锂离子电池，因有较高的能量密度和较长的使用寿命而被大规模地使用在消费电子产品、储能设备和电动汽车上，但是其安全性能还有待提高。近年来，世界范围内发生了50多起锂电池起火、燃烧和爆炸等安全事故，其中以三星手机电池安全事故影响最大。研究电池的安全控制技术，必须对电池热失控蔓延特性进行深入研究。电池热失控特性与起火原因、热功率、电池材料特性等有关，目前对此类研究多基于实体电池的实际试验，要系统研究这些因素对热失控蔓延特性的影响，要耗费数量庞大的实体电池做大量的试验。因此，需要研发一种能在一个系统模拟这些因素的模拟电池，以降低研究成本和提高研究成效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够能受控模拟二次电池着火、燃烧和爆炸的电池热失控蔓延模拟装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电池热失控蔓延模拟装置，包括电池模组本体、热源激发控制系统；所述热源激发控制系统包括短路装置、加热装置以及控制器；
所述加热装置包括电源、第一可变电阻；所述短路装置包括第二可变电阻、接触器；
所述电池模组本体内设置有加热体；所述加热体通过导线与第一可变电阻、电源串联；所述电池模组本体通过导线与第二可变电阻、接触器串联；所述电源以及接触器均与控制器电连接，所述控制器控制电源以及接触器的开闭。
优选的，所述电池模拟组本体包括电池壳体，所述电池壳体内设置有电池正极、电池负极以及电解液，所述电解液设置在电池正极和电池负极之间；所述发热体设置在电池正极和电池负极之间。
优选的，所述电池模拟组本体内设置至少三个电池单体；其中一个电池单体通过导线与第二可变电阻、接触器串联；所述发热体设置在两个电池单体之间。
优选的，所述接触器采用工业接触器。
优选的，所述发热体采用发热棒、发热片或者发热丝。
优选的，所述电源采用锂离子电池。
本发明的有益效果是：本发明所述的电池热失控蔓延模拟装置，能够模拟电池起火、燃烧和爆炸现象，以此研究热失控蔓延特性；通过更改电池壳体内结构或材料等效得到不同的电池；通过热源激发控制装置诱发电池发生起火、燃烧和爆炸现象，等效于电池实际试验产生这些现象，从而节省试验设备，并提高实验和研究效率。
附图说明
图1是本发明实施例中电池热失控蔓延模拟装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中电池模组本体的结构示意图；
图中标示：1-电池模组本体，2-电池单体，3-加热体，4-导线，5-电源，6-第一可变电阻，7-控制器，8-接触器，9-第二可变电阻。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明所述的电池热失控蔓延模拟装置，包括电池模组本体1、热源激发控制系统；所述热源激发控制系统包括短路装置、加热装置以及控制器7；
所述加热装置包括电源5、第一可变电阻6；所述短路装置包括第二可变电阻9、接触器8；
所述电池模组本体1内设置有加热体3；所述加热体3通过导线4与第一可变电阻6、电源5串联；所述电池模组本体1通过导线4与第二可变电阻9、接触器8串联；所述电源5以及接触器8均与控制器7电连接，所述控制器7控制电源5以及接触器8的开闭。
具体的，所述热源激发控制系统，包括短路装置和加热装置以及控制器7，短路装置和加热装置均受控于控制器7。
在应用的过程中可以通过以下两种方式实现电池热失控蔓延模拟。
一、通过短路装置实现电池热失控蔓延模拟；
在通过短路装置实现电池热失控蔓延模拟时，控制器7一直控制加热装置的电源5处于关闭状态。
所述短路装置由第二可变电阻9、接触器8以及若干导线4组成，导线4与电池模组本体1的正极、负极、第二可变电阻9、接触器8连接，形成回路；接触器8的触点断开或闭合由控制器7控制，从而控制电池处于短路状态或断路状态；当使得电池处于短路状态时，，通过控制器7将两极短接，使被连接的模拟单体由大电流通过产生高温，诱发电池模组本体产生着火、燃烧和爆炸等现象，以得到这些现象研究热失控蔓延特性。同时改变第二可变电阻9的阻值，可改变回来电流，从而控制电池模组得到的热能。
二、通过加热装置实现电池热失控蔓延模拟；
在通过短路装置实现电池热失控蔓延模拟时，控制器7一直控制短路装置的接触器8的触点处于断开状态。
所述加热装置由一个加热体3、若干导线4、一个电源5、一个第一可变电阻6组成，加热体3安装在电池模组本体1内，其余组件布置在电池模组本体1外部，控制器7与短路装置的控制器7为同一个；导线4和加热体3连接后与第一可变电阻6及电源5连接，电源5能量使加热体发热，诱发导致模组产生着火、燃烧和爆炸等现象；电源输出电压和电流可以通过可变电阻调节，以适应不同电池模组需要的热能。同时电源5输出电压和电流可以通过改变第一可变电阻5的阻值调节，从而控制电池模组得到的热能，以适应不同电池模组需要的热能。
综上所述，本发明所述的电池热失控蔓延模拟装置，通过设置模拟电池单体组成模拟电池模组，对电池模组提供热能，而此能量大小可以通过控制转置调节，使电池模组获得适当的热量，热诱发电池模组本体发生着火、燃烧和爆炸等现象，通过得到的这些现象研究热失控蔓延特性，从而代替试验室实际电池试验，节省大量试验设备，提高研究效率。
为了可以实现代替不同实体电池进行电池的热失控蔓延模拟；优选的，所述电池模拟组本体1包括电池壳体11，所述电池壳体11内设置有电池正极12、电池负极13以及电解液14，所述电解液14设置在电池正极12和电池负极13之间；所述发热体3设置在电池正极12和电池负极13之间。
所述电池模拟组本体1采用上述结构，可以通过更换不同的正负极、电解液可以模拟不同结构、不同材料的电池；或者由除去包装壳的产品电池组合而成。这些做法可以代替实体电池进行电池热安全研究。
为了实现单个电池单体2短路热失控蔓延的模拟，优选的，所述电池模拟组本体1内设置至少三个电池单体2；其中一个电池单体2通过导线4与第二可变电阻9、接触器8串联；所述发热体3设置在两个电池单体2之间。
所述接触器8为具有常见类型，优选地，为电流承受能量强、寿命较长、价格低的工业接触器。
所述加热体3可为不同发热材料，比如发热棒、发热片和发热丝等，为电池本体提供热源，使电池发生起火、燃烧和爆炸等现象，以供热失控蔓延特性研究。
所述电源5一般为直流电源，优选地，为能量密度较高、寿命较长的锂离子电池。所述接触器8采用工业接触器。
实施例一
参照附图2，一种电池热失控蔓延模拟装置，电池模组本体1获得热能的途径为外电源电能转化，电池热失控蔓延模拟装置包括电池模组本体1、加热体3、控制器7、电源5和导线4、第一可变电阻6、第二可变电阻9、接触器8。
本实施例中，上述电池本体1如附图1所示，将电池正极材料集成为电池正极12、将电池负极材料为电池负极13、将电解液集成为14，这三者通过框架固定在壳体11内。
本实施例中，上述加热体3为加发热电阻丝2，此电阻丝能产生150℃以上高温，引起电解液14、电池正极12和电池负极13着火。
本实施例中，上述电源4为锂离子电池。
本实施例中，在本实施例中，采用加热装置为电池的热失控蔓延模拟提供热量。
实施例二：
如图1所示，本实例中电池模组本体1中，电池正极12、电池负极13和电解液14不单独集成，而是直接使用电池生产线上完成了活化工序但未封壳的电池产品，此电池产品卷绕在加热体3上。其余结构与实施例一相同。
实施例三：
参照附图1，一种电池热失控蔓延模拟装置，该装置通过加热装置实现电池热失控蔓延模拟；使电池模组短路方式使模组获得热能从而诱发热失控蔓延现象，该实施例中电池模组仅短路1个电池单体。加热原理不同外，其余结构与实施例一相同。

Claims (6)

1.电池热失控蔓延模拟装置，其特征在于：包括电池模组本体(1)、热源激发控制系统；所述热源激发控制系统包括短路装置、加热装置以及控制器(7)；
所述加热装置包括电源(5)、第一可变电阻(6)；所述短路装置包括第二可变电阻(9)、接触器(8)；
所述电池模组本体(1)内设置有加热体(3)；所述加热体(3)通过导线(4)与第一可变电阻(6)、电源(5)串联；所述电池模组本体(1)通过导线(4)与第二可变电阻(9)、接触器(8)串联；所述电源(5)以及接触器(8)均与控制器(7)电连接，所述控制器(7)控制电源(5)以及接触器(8)的开闭。
2.如权利要求1所述的电池热失控蔓延模拟装置，其特征在于：所述电池模拟组本体(1)包括电池壳体(11)，所述电池壳体(11)内设置有电池正极(12)、电池负极(13)以及电解液(14)，所述电解液(14)设置在电池正极(12)和电池负极(13)之间；所述发热体(3)设置在电池正极(12)和电池负极(13)之间。
3.如权利要求1所述的电池热失控蔓延模拟装置，其特征在于：所述电池模拟组本体(1)内设置至少三个电池单体(2)；其中一个电池单体(2)通过导线(4)与第二可变电阻(9)、接触器(8)串联；所述发热体(3)设置在两个电池单体(2)之间。
4.如权利要求2或3所述的电池热失控蔓延模拟装置，其特征在于：所述接触器(8)采用工业接触器。
5.如权利要求2或3所述的电池热失控蔓延模拟装置，其特征在于：所述发热体(3)采用发热棒、发热片或者发热丝。
6.如权利要求2或3所述的电池热失控蔓延模拟装置，其特征在于：所述电源(5)采用锂离子电池。
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