CN108508374A - 一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，包括步骤：首先启动加热装置对防爆箱内的蓄电池模组进行加热，持续加热待蓄电池模组发生剧烈反应，并在试验过程中启动摄像机记录并分析连锁失控反应，本申请通过热失控扩展试验数据与试验现象进行分析评估，辅助设计验证模组中各个单体的电芯之间的间隙合理性，并预防某个电芯发生热失控从而引起的热失控扩展的现象，减少热能量带来的伤害与损失。

Description

一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法

技术领域

本发明涉及蓄电池领域，尤其涉及一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法。

背景技术

随着新能源汽车技术不断发展以及国家对新能源蓄电池性能要求越来越高，如电池能量密度要求快速增加，循环寿命要求不断加大，在满足这些要求的同时许多动力电池导致的安全事故也越来越多。

在某些极端条件下，不可避免会发生某个或某几个单体蓄电池发生热失控现象：当蓄电池包或系统中的某一个或某几个单体蓄电池发生热失控后瞬间产生大量的热量，将迅速通过热传导等方式将热量传递给其相邻的其他单体电芯，结果可能诱发相邻的其他单体电芯产生热失控扩展现象，从而导致整个模组的热失控，甚至会引起整个动力电池中的热失控现象发生瞬间将会产生巨大的能量，严重威胁到车辆及车辆成员的安全及生命。

在极端条件下单体蓄电池发生热失控的现象是不可避免的，但如果不发生蓄电池包或系统的热失控扩展行为的话，可以减少对蓄电池系统和车辆的损害，特别是可以给车辆成员留下宝贵的逃生时间，因此在蓄电池包或系统设计阶段进行热失控扩展试验是非常必要的。

发明内容

为此，需要提供一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法及装置以观测热失控现象的变化过程。

为实现上述目的，发明人一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，包括步骤：

S101：启动加热装置对防爆箱内的蓄电池模组进行加热；

S103:持续加热待蓄电池模组发生剧烈反应；

S105：启动摄像机记录并分析连锁失控反应。

进一步优化，所述连锁失控反应具体包括：当三个或以上蓄电池叠加形成模组而受热时，蓄电池模组持续受热直至外侧两层模组发生失控反应。

进一步优化，所述剧烈反应具体包括短路、起火或爆炸。

进一步优化，其还包括步骤：关闭加热装置以结束连锁失控反应。

进一步优化，还包括步骤：

启动摄像机记录蓄电池模组开始受热至停止受热的全过程。

进一步优化，还包括步骤：

启动摄像机记录并分析蓄电池的邻域电芯在受热反应过程中温度及电压的变化情况。

进一步优化，还包括步骤：

通过温度变化情况来表征热失控蔓延速度及扩散情况。

进一步优化，所述蓄电池模组是由至少两个蓄电池相邻叠加而成。

区别于现有技术，上述技术方案通过蓄电池模组热失控扩展试验，解决了现有技术无对应的蓄电池热扩展试验方法，以及考察对多种蓄电池模组热失控扩展的影响，本申请通过研究蓄电池模组的受热反应至发生连锁失控后产生热失控扩展效应对蓄电池的影响。通过多并小模组热失控扩展试验，预防单体电芯热失控产生的热能量带来的伤害与损失，使用多并小模组进行热失控扩展试验，科学高效的评判模组热失控扩展的现象，评估可能对电池包产生的影响，改善提高整车的安全性。

附图说明

图1为本发明一实施例所述方法步骤图；

图2为本发明一实施例所述7P圆柱形蓄电池模组；

图3为本发明一实施例所述13P圆柱形蓄电池模组；

图4为本发明一实施例的方形与软包蓄电池模组。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施例提供了发明人一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，包括步骤：

S101：启动加热装置对防爆箱内的蓄电池模组进行加热；

S103:持续加热待蓄电池模组发生剧烈反应；

S105：启动摄像机记录并分析连锁失控反应。

如图1所示，步骤S101在被执行时，启动加热装置实际上等同于打开试验的加热热源，使得蓄电池模组开始受热并持续受热一段时间，且在该段时间内反应，然后就具体分析该段时间该模组受热反应对相邻蓄电池单体造成的影响，此时需注意的是整个反应都是在防爆箱内完成，因此不会对外界造成任何影响，优选的该方法还可以对应一个装置，也就是在该防爆箱内各单元实现反应、分析及记录功能，之后执行步骤S103，也就是令防爆箱内的蓄电池模组持续受热待其发生变化或产生反应，而这里产生的剧烈反应具体就包括电池短路、由温度过高导致电池之间起火而进一步导致模组的爆炸，此时接续S105步骤也就是启动摄像机记录反应变化过程并根据发生的连锁失控反应分析对模组带来的变化及影响，本方案通过蓄电池模组热失控扩展试验，解决了现有技术无对应的蓄电池热扩展试验方法，以及考察对多种蓄电池模组热失控扩展的影响，本申请通过研究蓄电池模组的受热反应至发生连锁失控后产生热失控扩展效应对蓄电池的影响。通过多并小模组热失控扩展试验，预防单体电芯热失控产生的热能量带来的伤害与损失，使用多并小模组进行热失控扩展试验，主要将该试验方法用于新能源电动汽车的应用，有利于科学高效的评判模组热失控扩展的现象，还评估可能对电池包产生的影响，改善并提高整车的安全性。

优选的实施例中，上述步骤S103：持续加热待蓄电池模组发生剧烈反应与S105：启动摄像机记录并分析连锁失控反应可以对调，也就是摄像机可以在反应发生之前开始记录。

进一步优化的实施例中，所述连锁失控反应具体包括：当三个或以上蓄电池叠加形成模组而受热时，蓄电池模组持续受热直至外侧两层模组发生失控反应。这里具体为上述连锁失控反应作进一步展开，模组为两个或以上的蓄电池单体相邻叠加而形成，而这里的连锁失控反应要求是三个或以上蓄电池组相邻叠加而成，并在持续受热反应到一定程度时，这里的一定程度一般为三个蓄电池单体形成模组时外侧两层模组发生失控反应，这里的失控反应也就是非正常工作状态，在此状态生成时同步记录该反应发生的全过程，有利于分析判断反应产生对其他蓄电池单体的影响。

进一步优化的实施例中，其还包括步骤：关闭加热装置以结束连锁失控反应。该步骤可以在步骤S103或S105之间或之后执行，具体的就是待反应执行后并有足够时间分析判断其带来的影响后再关闭加热装置以结束该反应的进行，可有效控制反应的结束。

进一步优化的实施例中，还包括步骤：启动摄像机记录并分析蓄电池的邻域电芯在受热反应过程中温度及电压的变化情况。

进一步优化的实施例中，还包括步骤：通过温度变化情况来表征热失控蔓延速度及扩散情况。我们知道蓄电池模组在受热过程会产生一定变化，我们这里主要研究其热失控的蔓延速度及扩散情况，也就是热量散失的扩散情况以及蔓延到相邻蓄电池单体的速度。

基于单体蓄电池热失控试验和蓄电池包或系统的热失控试验的不足，可以进行模组的热失控扩展试验来评价动力电池系统热失控的影响。首先热失控发生后，热量的传递是依据热传导、热扩散、热辐射等原理，离热失控单体蓄电池越远的地方，受到的热影响则越小。所以考察热失控单体蓄电池周围电池所受的影响可以初步判断热失控是否会发生扩展。电池模组内如果没有发生热失控扩展的话那对其他模组甚至对电池包的影响就非常小了，故我们认为在设计研发阶段有必要进行模组的热失控试验。

我们针对目前的圆柱形蓄电池、软包蓄电、方形蓄电池提出了热失控扩展试验模组设计方案，可先模拟最小单体与周边电芯的小模组试验，从而对其热失控扩展现象进行判断。

如针对圆柱形蓄电池所以本发明有新热失控试验模组试验实施例，如图2所示的具体方案如下：7P就是7个蓄电池单体结合形成的模组，NP就是N个蓄电池单体结合形成的模组，7P模组的热失控扩展试验方案按照圆柱形蓄电池的试验方案进行，图2中上左图为单体热失控的模型，上右为7P小模组热失控扩展试验的模型。图2中温度检测器与﹢极和﹣极都连接数据记录仪。

(1)首先去除单体电芯外层的绝缘皮，然后将高温胶带均匀缠绕在单体表面，再将一定阻值的电阻加热丝均匀缠绕电芯中部，将温度传感器紧密贴合在电芯负极侧表面，相邻的电芯均要再负极侧表面紧贴温度传感器，并完成多并的小模组的装配。

(2)将多并小模组放在密闭的钢制防爆箱内，直流电源与加热电阻丝连接导线相连，将温度传感器及模组电压采集线与数据记录仪(记录温度与电压)连接，用于实时监控并记录试验模组加热电芯及其邻域电芯在试验过程中的温度及模组电压变化情况，通过温度的变化来表征热失控蔓延的速度及扩散情况。

(3)闭合开关持续加热单体至其发生爆炸，停止加热，观察并记录邻域电池单体温度变化、多并小模组电压变化，并判断试验模组是否发生短路、起火、爆炸。

(4)试验过程中若加热电芯邻域有2颗以上电池温度超过120℃或多并小模组持续外短路(所在多并小模组电压降至4v以下)，继续观察，直至模组发生连锁失控(若三层叠加小模组试验直至外侧两层模组发生连锁失控后)，立即停止试验。

(5)试验过程做好安全防护措施，摄像机并记录好全过程。

通过热失控扩展试验数据与试验现象进行分析评估，辅助设计验证模组中各个单体的电芯之间的间隙合理性，并预防某个电芯发生热失控从而引起的热失控扩展的现象，减少热能量带来的伤害与损失。

而如图3所示的16P模组的热失控扩展试验方案也按照圆柱形单体蓄电池的试验方案进行，图3中需要让两个单体电芯的热失控，这个两颗电芯需要同时进行加热，图3中温度检测器与﹢极和﹣极都连接数据记录仪。

而针对方形与软包蓄电池，本发明提出新的热失控试验模组试验实施例，具体如下：

(1)首先如图示4方形与软包未加热区域将温度传感器紧密贴合，将一定阻值的电阻加热板对称等距在电芯中部，将相邻的电芯均要再外表面紧贴温度传感器，并完成多并的小模组的装配。

(2)将多并小模组放在密闭的钢制防爆箱内，直流电源与连接加热板的电线相连，将温度传感器及模组电压采集线与数据记录仪(记录温度与电压)连接，用于实时监控并记录试验模组加热电芯及其邻域电芯在试验过程中的温度及模组电压变化情况，通过温度的变化来表征热失控蔓延的速度及扩散情况。

(3)闭合开关持续加热单体至其发生爆炸，停止加热，观察并记录邻域电池单体温度变化、多并小模组电压变化，并判断试验模组是否发生短路、起火、爆炸。

(4)试验过程中若加热电芯邻域有2颗以上电池温度超过120℃或多并小模组持续外短路(所在多并小模组电压降至4v以下)，继续观察，直至模组发生连锁失控(若三层叠加小模组试验直至外侧两层模组发生连锁失控后)，立即停止试验。

(5)试验过程做好安全防护措施，摄像机用于记录全过程。

本发明通过研究蓄电池模组热失控扩展试验，解决了现有技术无对应的蓄电池热扩展试验方法，以及考察对多种蓄电池模组热失控扩展的影响，本申请通过研究蓄电池模组的受热反应至发生连锁失控后产生热失控扩展效应对蓄电池的影响。通过多并小模组热失控扩展试验，预防单体电芯热失控产生的热能量带来的伤害与损失，使用多并小模组进行热失控扩展试验，科学高效的评判模组热失控扩展的现象，评估可能对电池包产生的影响，改善提高整车的安全性。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，其特征在于，包括步骤：

启动加热装置对防爆箱内的蓄电池模组进行加热；

持续加热待蓄电池模组发生剧烈反应；

启动摄像机记录并分析连锁失控反应。

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，其特征在于，所述连锁失控反应具体包括：当三个或以上蓄电池叠加形成模组而受热时，蓄电池模组持续受热直至外侧两层模组发生失控反应。

3.根据权利要求1所述的一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，其特征在于，所述剧烈反应具体包括短路、起火或爆炸。

4.根据权利要求1所述的一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，其特征在于，其还包括步骤：关闭加热装置以结束连锁失控反应。

5.根据权利要求1所述的一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，其特征在于，还包括步骤：

启动摄像机记录蓄电池模组开始受热至停止受热的全过程。

6.根据权利要求1所述的一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，其特征在于，还包括步骤：

启动摄像机记录并分析蓄电池的邻域电芯在受热反应过程中温度及电压的变化情况。

7.根据权利要求6所述的一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，其特征在于，还包括步骤：

通过温度变化情况来表征热失控蔓延速度及扩散情况。

8.根据权利要求1所述的一种蓄电池模组热失控扩展的试验方法，其特征在于，所述蓄电池模组是由至少两个蓄电池相邻叠加而成。