CN110058173A - 一种动力锂离子电池热失控的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动力锂离子电池热失控的测试方法。该测试方法包括：绘制锂离子电池热失控的温度曲线；监测锂离子电池的自放热起始温度、防爆阀开启温度、临界温度、热失控温度、热失控后最高温度。本发明的动力锂离子电池热失控测试方法，为电池热管理仿真提供强有力的实验数据支撑，进而从产品设计端开始采取主动预防措施，如设计BMS预警功能或设计系统触发灭火功能，防止安全事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试方法，尤其涉及一种锂离子电池的热失控的测试方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
随着人们对环境问题的高度关注，电动车正在被推广应用。锂离子电池作为电动汽车的心脏，其安全性能至关重要，直接影响到人员的生命财产安全。对动力电池热失控行为进行研究，特别是对大容量动力电池热失控行为进行研究和分析，对解决动力电池安全性问题具有重要的意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池热失控的测试方法，可以实现对锂离子电池的安全监控。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种动力锂离子电池热失控的测试方法，该测试方法包括以下步骤：
绘制锂离子电池热失控的温度曲线；
监测锂离子电池的自放热起始温度、防爆阀开启温度、临界温度、热失控温度、热失控后最高温度；
其中，自放热起始温度为温度升高速率大于0.02℃/min的温度；
临界温度为温度升高速率达到1℃/min的温度；
热失控温度为温度升高速率达到10℃/min的温度；
当电池的温度升高速率达到10℃/min时，则判断锂离子电池为热失控。
在本发明的一测试方法中，电池热失控后由于内部材料的燃烧，会使电池温度继续升高，达到热失控后最高温度。因此，热失控后最高温度作为衡量电池热失控危害程度的指标。
本发明的锂离子电池的热失控的测试方法通过监测电池热失控过程中重要的温度参数，可以实现对锂离子电池的安全监控。尤其是自放热起始温度和临界温度，是对锂离子电池的热失控监测非常重要的参数，本领域技术人员可以根据自放热起始温度和临界温度，采用一定的预防措施，防止锂离子电池热失控。
在本发明的一具体实施方式中，该测试方法包括监测锂离子电池的自放热起始温度的步骤。其中，自放热起始温度是指电池的温度升高速率大于量热仪灵敏度时的温度。量热仪的灵敏度一般设置为0.02℃/min，也可根据测试目的进行适当调整，如果没有特殊要求，默认为0.02℃/min，所以当监测到电池的温度升高速率大于0.02℃/min时，为自放热起始温度。
自放热起始温度是电池正常使用时的最高温度，超过该温度时，电池安全系统必须预警，显示电池已经存在安全隐患，需要采取特定措施处理。
在本发明的一具体实施方式中，该测试方法包括监测锂离子电池的防爆阀开启温度的步骤。其中，防爆阀开启温度是指锂离子电池安全防爆阀破裂打开时的温度，一般从温度曲线上分析可知是温度突然下降时的温度。因防爆阀开启后电解液和电池内部气体会从防爆阀处喷出，喷出后会带走热量，所以电池温度出现突然下降。
监测防爆阀开启温度，防爆阀在合适的时间开启可以防止电池热失控发生，所以防爆阀开启温度对电池热安全非常重要。
在本发明的一具体实施方式中，该测试方法包括监测锂离子电池的临界温度的步骤。其中，临界温度指电池的温度升高速率达到1℃/min时的温度。
临界温度是电池发生热失控时的临界值，达到临界温度后电池很快就会发生热失控，一般时间不超过半小时。所以，临界温度是电池灭火系统必须采取措施的温度。监测临界温度，当电池达到临界温度使，能及时采取灭火措施可以防止电池热失控的发生，如果没有任何措施，电池马上就会发生燃烧爆炸，可能会造成人员伤害和财产损失。
在本发明的一具体实施方式中，该测试方法包括监测锂离子电池的热失控温度的步骤。其中，热失控温度指电池的温度升高速率达到10℃/min时的温度。
热失控温度是衡量电池安全程度的一个指标，热失控温度越高电池越安全。
在本发明的一具体实施方式中，该测试方法包括监测锂离子电池的热失控后最高温度的步骤。其中，热失控后最高温度指电池热失控发生燃烧爆炸时的最高温度。
热失控后最高温度可作为衡量电池热失控危害程度的指标。如果温度过高，可能会达到使用该电池的设备某些部件的熔点，导致这些部件融化，造成更大的财产损失。
在本发明的一具体实施方式中，该测试方法中测试的电池为满电状态的电池。
在本发明的一具体实施方式中，该测试方法中温度曲线通过绝热加速量热仪记录的温度数据进行绘制。
绝热加速量热仪设置有加热器和温度传感器的炉体，以及实现绝热功能的控制系统。其温度传感器用来控制各自区域的温度，控制系统通过保持样品与绝热炉体的温度一致来实现绝热环境，从而研究样品在绝热环境下自加热情况。所以，在绝热加速量热仪内可以准确获得电池在热失控过程中释放的热量。同时，通过温度传感器可以监测电池热失控测试过程中温度变化情况，整个过程可以获得电池自放热起始温度、防爆阀开启温度、临界温度、热失控温度、热失控后最高温度，这些温度点对电池热安全来说是非常重要的参数。
在发明的一具体实施方式中，该测试方法包括监测锂离子电池电压的步骤。将电池通过导线与电压监测装置连接，可以监测电池热失控过程中电压变化情况。通过电压数据能得到带过充安全保护装置翻转片的电池其翻转片起作用的温度。因翻转片起作用后会连通正负极导致短路，电压会骤降为0V。所以当电压骤降为0V时，判断为翻转片起作用的温度。
本发明的动力锂离子电池热失控的测试方法的最终目的是监控热失控过程中的热安全参数：自放热起始温度、防爆阀开启温度、临界温度、热失控温度、热失控后最高温度，为电池热管理仿真提供强有力的实验数据支撑，进而从产品设计端开始采取主动预防措施，如设计BMS预警功能或设计系统触发灭火功能，防止安全事故的发生。所以这些参数的准确获取对电池热安全至关重要。
本发明的锂离子电池热失控的测试方法，通过具体限定各个温度参数达到的数值，实现了对锂离子电池热安全监控和改善。
附图说明
图1是实施例的三元动力锂离子电池的热失控测试曲线图。
图2是实施例的磷酸铁锂动力锂离子电池热失控测试曲线图。
图3是对比例的三元动力锂离子电池的热失控测试曲线图。
图4是对比例的磷酸铁锂动力锂离子电池的热失控测试曲线图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种某三元动力锂离子电池热失控的测试方法。
测试前通过充放电系统将电池按照标准流程调节到满电状态，然后将满电态的电池放在绝热加速量热仪内进行热失控测试，用温度传感器监测电池表面温度变化情况，用电压监测装置监控电池电压变化情况。绝热加速量热仪使用前经过校准合格后才能使用，电压监测装置也经过校准合格后使用。
图1左图是测试获得的电池热失控过程中温度和电压变化曲线，右图是左图的局部放大图。
从图1中数据可以分析出，电池自放热起始温度为76℃，说明电池在此温度下已经开始由于内部化学反应产热，也就是说电池使用过程中最高温度不能超过76℃，否则如果由于电池散热不佳，即使后期不使用此电池，也有可能由于其内部化学反应最终导致此电池燃烧爆炸。
随着温度继续升高，在134℃时电池电压骤降为0V，说明此时电池过充安全保护装置翻转片开始起作用，翻转片由于电池内部压力较大，导致其翻转顶起，连通正负极导致短路，所以电压骤降为0V。温度继续升高到153℃时，突然出现下降趋势，此时是由于电池防爆阀开启，防爆阀开启后电解液和电池内部气体会从防爆阀处喷出，喷出后会带走热量，所以电池温度出现突然下降，因此，153℃是电池防爆阀开启的温度。此时由于电池温度较高，内部化学反应非常剧烈，电池温度会继续升高。电池温度升高速率达到1℃/min时达到电池的临界温度，也就是说达到临界温度后，如果不采取措施，电池很快就会发生热失控，所以临界温度对电池安全甚至汽车以及人身安全至关重要。电池温度持续升高，在187℃时温度升高速率达到10℃/min，电池发生热失控后燃烧爆炸。电池爆炸后探测到最高温度为417℃。
实施例2
本实施例提供了一种某满电态的磷酸铁锂电池热失控的测试方法。
通过绝热加速量热仪获得此电池在热失控过程中的重要参数。
图2左图是某磷酸铁锂电池热失控过程中温度和电压变化曲线，右图是左图的局部放大图。
从图2中数据可以分析出，电池自放热起始温度为105℃，此时电池开始由于内部化学反应自放热。电池防爆阀开启温度为168℃，温度出现突然下降。电池临界温度为195℃，此时电池温度升高速率达到1℃/min。电池热失控温度为225℃，此时电池温度升高速率达到10℃/min。电池热失控最高温度为269℃。因磷酸铁锂电池没有翻转片，所以电池热失控燃烧爆炸后电压才降为0V，前期电压快速下降说明电池内部化学反应剧烈。通过对比三元电池数据可以明显看出，磷酸铁锂电池的热安全性能远远高于三元电池。
对比例1
本对比例采用常规的加热板加热电池的方法测试某三元动力锂离子电池热失控。
图3是电池热失控测试过程中的温度变化曲线，因常规加热板法不监控电池电压，所以不能获得电压变化数据。而且，常规的热失控测试只注重结果，电池是否会发生热失控。所以，常规测试不能获得电池详细的过程参数。
从图3可以看出，测试过程中在热失控前，加热板一直对电池进行快速加热，所以不能得到电池自放热起始温度。另外，因加热板功率较大，电池温度升高速率较快，从数据中不能获得临界温度。只能获得电池热失控温度为129℃，热失控最高温度为596℃。
对比例2
本对比例采用常规加热板加热电池的方法测试某磷酸铁锂动力锂离子电池热失控。
图4是电池热失控测试过程中的温度变化曲线，与对比例1中结果类似，因加热板一直对电池进行快速加热，所以不能得到电池自放热起始温度和临界温度。只能获得电池热失控温度为222℃，热失控最高温度为345℃。
通过实施例和对比例分析可看出，本发明在绝热环境下测试电池热失控可以获得整个过程中的热安全参数：自放热起始温度、防爆阀开启温度、临界温度、热失控温度、热失控后最高温度。这些热安全参数为热管理仿真提供强有力的实验数据支撑，进而从产品设计端开始采取主动预防措施，如设计BMS预警功能或设计系统触发灭火功能，防止安全事故的发生。
Claims (6)
1.一种动力锂离子电池热失控的测试方法，其特征在于，该测试方法包括以下步骤：
绘制锂离子电池热失控的温度曲线；
监测锂离子电池的自放热起始温度、防爆阀开启温度、临界温度、热失控温度、热失控后最高温度；
其中，自放热起始温度为温度升高速率大于0.02℃/min的温度；
临界温度为温度升高速率达到1℃/min的温度；
热失控温度为温度升高速率达到10℃/min的温度；
当电池的温度升高速率达到10℃/min时，则判断锂离子电池为热失控。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述防爆阀开启温度是温度曲线中温度突然下降时的温度。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，该测试方法还包括监测锂离子电池电压的步骤。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，监测锂离子电池电压时，当电压骤降为0V时是过充安全保护装置翻转片起作用的温度，确定为翻转片起作用的温度。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，该测试方法测试的电池为满电状态的电池。
6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述温度曲线通过绝热加速量热仪记录的温度数据进行绘制。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190726 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |