CN110542861A - 一种动力电池泄气量测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种动力电池泄气量测试装置及方法。所述装置包括：包括石棉板、设置于所述石棉板上的夹具、动力电池、气体导流管和气体流量计；所述动力电池固定在夹具中；所述夹具上设有气体导流孔，所述气体导流孔正对动力电池的泄压阀；所述气体导流管与气体导流孔连接；气体流量计通过紧固件安装于气体导流管末端。所述方法包括以下步骤：1.将动力电池固定在夹具中，夹具上压板孔位与动力电池泄气阀密闭，用耐高温硅胶密封夹具压板与动力电池上盖板间的缝隙；2.通过热失控手段触发动力电池热失控；3.动力电池安全阀开启后，测量气体压力及气体流量。本发明装置结构简单、易操作、成本低，适用于多种型号动力电池和多种热失控触发方式。

Description

一种动力电池泄气量测试装置及方法

技术领域

本发明涉及二次电池检测技术领域，尤其涉及一种动力电池泄气量测试装置及方法。

背景技术

能源危机、环境恶化严重威胁着人类的生存与发展，开发新能源，设计使用新能源的交通工具成为解决此问题的可行方案之一。电动汽车取代传统燃油汽车是解决当今世界日益严峻的能源和环境危机的必由之路，作为将来必选的交通工具，安全问题是重中之重。

近年来由于锂离子电池具有高电压、高容量、高功率、循环寿命长等众多优点，已逐渐应用于纯电动车、混合电动车和插电式混合电动车，同时锂离子电池单体容量大型化已成为车用动力电池的发展趋势, 而安全性能是对电动汽车用动力电池的基本要求，也是目前限制其在电动汽车领域广泛应用的重要原因。

动力电池在过度滥用的情况下，存在极大的风险，威胁人的生命安全。研究证明，在过充、外部短路或内部短路、加热等情况下，动力电池容易产生热失控，导致动力电池内部电解液分解，电解液的分解会产生大量的气体，进而引起电池着火，甚至爆炸。

动力电池在热失控过程中安全阀开启气体压力及气体流量测试装置，可以为动力电池pack系统设计安全阀提供参考数据，同时可满足动力电池热失控可燃气体及有毒有害气体收集及成分分析。因此本发明提出了一种动力电池泄气量测试装置。该测试装置不仅可以满足触发电池热失控所需要的各种外部条件，包括加热、针刺、挤压、碰撞、过充、短路、内短路、火烧、激光等。同时能够有效与动力电池泄气阀密封，使泄气阀气体从测试管道流出，准确测量泄气阀开启压力及泄气气体流速。

发明内容

本发明提供一种动力电池泄气量测试装置及方法。该测试装置结构简单、易操作、成本低，且适用于多种型号动力电池和多种热失控触发方法，能准确测量动力电池热失控后泄气阀开启压力及泄气气体流速。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种动力电池泄气量测试装置，包括石棉板、设置于所述石棉板上的夹具、动力电池、气体导流管和气体流量计；所述动力电池固定在夹具中；所述夹具上设有气体导流孔，所述气体导流孔正对动力电池的泄压阀；所述气体导流管与气体导流孔连接；气体流量计通过紧固件安装于气体导流管末端。

进一步的，所述夹具为开放式夹具或全密闭式夹具。

进一步的，所述开放式夹具包括底座、压紧板、若干个固定块和支撑板；所述底座固定在石棉板上，若干个固定块和支撑板均固定于底座表面上，所述支撑板通过紧固螺栓和压紧板连接；所述压紧板开设气体导流孔，气体导流孔正对动力电池的泄压阀；所述压紧板的气体导流孔与气体导流管连接。

进一步的，所述全密闭式夹具包括四块侧板、底板和带开孔的上盖板，所述四块侧板、上盖板与底板构成密闭的腔体，底板固定在石棉板上，气体导流管与上盖板的开孔连接，上盖板的开孔正对动力电池的泄压阀；

所述全密闭式夹具还包括若干个固定块和垫板；所述若干个固定块和垫板均位于腔体内并固定在底板上，用于固定动力电池，垫板贴在动力电池表面。

全密封式夹具中，在电池两侧，紧贴电池的部分是加热板或者垫板，加热板是做加热触发电池热失控用的；因为方形电池没有统一尺寸，电池厚度不一致，因此垫板为了固定电池用的，以便固定不同形状和尺寸的电池。

进一步的，全密封式夹具还包括固定在动力电池两侧的加热板。全密封式夹具中，在电池两侧，紧贴电池的是加热板或者垫板，加热板是做加热触发电池热失控用的；因为电池没有统一尺寸，电池厚度不一致，因此垫板是固定电池用的。

进一步的，所述气体导流孔与动力电池泄压阀上的气体导流孔形状尺寸相同，并且气体导流孔正对着动力电池泄压阀上的气体导流孔，以保证密封性。

进一步的，所述的气体导流管为气体弯管或气体直管；所述的气体流量计为质量流量计、皂沫流量计、转鼓流量计或流量传感器。

进一步的，所述紧固件为带螺母的长螺杆、公母带螺纹管或者螺栓；所述压紧板和上盖板均涂有耐高温硅胶。

一种用于所述的动力电池泄气量测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1）、在压紧板/上盖板与动力电池的缝隙之间涂上耐高温硅胶，将动力电池固定在夹具中，夹具上的气体导流孔与动力电池泄气阀上的气体导流孔密闭连接，将气体流量计连接在气体管道末端；

2）、通过热失控手段触发动力电池热失控，从而产生气体, 导致泄压阀泄气；

3）、动力电池泄压阀开启后，通过气体流量计测量气体压力及气体流量。

进一步的，所述热失控手段包括加热、针刺、挤压、碰撞、过充、短路、内短路、火烧或激光。

本发明适用于不同型号和不同形状及尺寸的动力电池，适用于动力电池热失控过程中安全阀开启气体压及气体流量测试。

与现有的技术相比，本发明的有益效果为：本发明的测试装置结构简单、易操作、成本低，且适用于多种型号动力电池和多种热失控触发方式，能准确测量动力电池热失控后泄气阀开启压力及泄气气体流速，为动力电池系统设计安全阀提供参考数据，同时可满足动力电池热失控可燃气体及有毒有害气体收集及成分分析。

附图说明

图1为本实施例开放式夹具的动力电池泄气量测试的测试装置示意图；

图2为本实施例全密闭式夹具的动力电池泄气量测试的测试装置示意图；

图3为本实施例开放式夹具的动力电池泄气量测试的加热测试现场图；

图4为本实施例开放式夹具的动力电池泄气量测试的针刺测试现场图；

附图标记：

1-石棉板、2-底座、3-固定块、4-方形动力电池、5-支撑板、6-紧固螺栓、7-气体导流孔、8-压紧板、9-气体导流管、10-气体流量计、11-加热板、12-侧板；13-上盖板；14-底板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2为本实施例的一种动力电池泄气量测试装置，该测试装置用于检测方形动力电池4在加热、针刺、挤压、碰撞、过充、短路、内短路、火烧或激光等条件下触发热失控时，动力电池4的泄压阀开启时产生的气体压力与泄气气体流量。

本实施的动力电池泄气量测试的测试装置，包括石棉板1、设置于所述石棉板1上的夹具、方形动力电池4、气体导流管9和气体流量计10；所述方形动力电池4固定在夹具中；所述夹具上设有气体导流孔，所述气体导流孔正对动力电池4的泄压阀；所述气体导流管9与气体导流孔连接；气体流量计10通过紧固件安装于气体导流管9末端。

图1中的夹具为开放式夹具，所述开放式夹具包括底座2、压紧板8、四个固定块3和支撑板5；所述底座2固定在石棉板1上，四个固定块3和支撑板5均固定于底座2表面上，所述支撑板5通过紧固螺栓和压紧板8连接，压紧板8紧压在动力电池4上表面；所述压紧板8开设气体导流孔7，气体导流孔7正对动力电池4的泄压阀；所述压紧板8的气体导流孔7与气体导流管9连接；所述压紧板8涂有耐高温硅胶，使其与动力电池4密闭连接。气体流量计10通过公母带螺纹管安装于气体导流管9末端。

所述四个固定块3和支撑板5均用于固定和支撑所述方形动力电池4。每两个固定块3分布在方形动力电池4一侧，一个支撑板5位于两个固定块3的中间。

压紧板8通过螺栓6与支撑板5连接，使压紧板8能够压紧方形动力电池4，并且压紧板8的气体导流孔7刚好正对着方形动力电池4的泄气阀，所述压紧板8的气体导流孔7与动力电池4的泄压阀的气体导流孔7形状尺寸相同，以保证密封性。

图2中的夹具为全密闭式夹具，所述全密闭式夹具包括四块侧板12、底板14和带开孔的上盖板13，所述四块侧板12、上盖板13与底板14构成密闭的腔体，底板14固定在石棉板1上，气体导流管9与上盖板13的开孔连接，上盖板13的开孔正对动力电池4的泄压阀；所述上盖板13涂有耐高温硅胶。气体流量计10通过公母带螺纹管安装于气体导流管9末端。

所述全密闭式夹具还包括四个固定块3、两个支撑板5和垫板，用于夹紧方形动力电池4；所述固定块3、两个支撑板5和垫板位于腔体内，将动力电池固定于底板14上。全密封式夹具还包括固定在方形动力电池4两侧的加热板11。

所述气体流量计9为质量流量计。

所述的动力电池泄气量测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1）、在压紧板8/上盖板13与动力电池4的缝隙之间涂上耐高温硅胶，将动力电池2固定在夹具中，夹具上的气体导流孔7与动力电池4泄气阀上的气体导流孔密闭连接，将气体流量计10连接在气体管道末端；

2）、通过热失控手段触发动力电池4热失控，从而产生气体, 导致泄压阀泄气；所述热失控手段包括加热、针刺、挤压、碰撞、过充、短路、内短路、火烧或激光；

3）、动力电池4泄压阀开启后，通过气体流量计10测量气体压力及气体流量。

下面结合图1所示的测试装置，根据不同的热失控手段，具体说明该测试装置的测试方法，测试现场如图3所示，通过加热方式测试动力电池泄气量如下：

实验前对方形动力电池4进行尺寸测量和重量测量。在25±2℃环境中，以CC-CV的充电模式，将方形动力电池4以1C（37A）恒流充电至4.2V转为恒压充电至1/20C（1.85A）的截止电流后停止充电。然后将满电态动力电池固定在开放式夹具中，要求夹具上的压紧板8的气体导流孔对准动力电池泄气阀，压紧板8的长轴方向垂直于方形电池4的长轴方向，并通过螺栓压紧在动力电池的上表面，并且用耐高温硅胶进一步涂在压紧板8与动力电池间缝隙，防止气体外溢。同时进行气密性检查，测试压力小于0.1MPa。将最大功率为1000W-1500W的平板加热片至于方形动力电池4的侧面和动力电池固定块3之间，同时在方形动力电池4面中心分别布置一个热电偶，监测方形动力电池4表面温度，正负极布置电压线，监测方形动力电池4的电压变化。开启加热器直至方形动力电池4出现热失控，动力电池泄压阀安全阀）开启，记录气体流速的峰值、最低值和平均值。

通过针刺方式测试动力电池泄气量如下：

下面结合图1所示的测试装置，说明该测试装置的测试方法，测试现场如图4所示。

在25±2℃环境下，以CC-CV的充电模式，将动力电池以1C（37A）恒流充电至4.2V转为恒压充电至1/20C（1.85A）的截止电流后停止充电。将满电态动力电池固定在开放式夹具中，要求夹具上的密封圈压紧板8的气体导流孔7与动力电池泄气阀密闭，并且用耐高温硅胶进一步密封压紧板8与动力电池间缝隙，防止气体外溢。流量计前的钢管部分用冰袋进行冷却，防止热流损毁流量计。用针刺致使方形动力电池4发生热失控，从而导致泄压阀泄气，针刺位置为方形动力电池4侧面，同时在方形动力电池4表面布置一个热电偶，监测方形动力电池4表面温度，正负极布置电压采样线采集电压变化。开启针刺机直至方形动力电池4出现热失控，动力电池泄压阀开启，记录流量表流速峰值。所检测到的泄气气体最大流速为49L/min。

通过加热方式测试动力电池泄气量如下：

如图2所示的具有全密闭式夹具的动力电池泄气量测试的测试装置。该测试装置用于检测方形动力电池4，方形动力电池4表面固定加热板11，在加热条件下触发热失控时，动力电池泄压阀开启的气体压力与泄气气体流量，其中铸铝加热板11的加热温度可达300℃。

下面结合根据图2所示的测试装置，简述该测试装置的测试过程；

实验前对方形动力电池4进行尺寸测量和重量测量。在25±2℃环境中，以CC-CV的充电模式，将方形动力电池4以1C（37A）恒流充电至4.2V转为恒压充电至1/20C（1.85A）的截止电流后停止充电。将满电态方形动力电池4固定在全密闭夹具中，要求夹具上气体导流孔7正对方形动力电池4泄气阀，并且用耐高温硅胶进一步涂在上盖板13与动力电池盖板间缝隙，防止气体外溢。紧贴方形动力电池4的垫板11为加热器，功率为1000W-2000W，开启加热器11直至方形动力电池4出现热失控，记录气体流速的最大值。

该测试装置法适用于动力的电池热失控过程中安全阀开启气体压力及气体流量测试，为动力电池系统设计安全阀提供参考数据。同时可满足动力电池热失控可燃气体及有毒有害气体收集及成分分析。本发明的测试装置能有效与动力电池泄气阀密封，泄气阀气体从测试管道流出，便于泄气阀开启压力及泄气气体流速准确测量，且该装置灵活适用于多种型号方形电池、圆柱形电池的泄气压力及泄气气流量测试和多种热失控触发方式，模拟不同的使用环境出现的电池热失控。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非因此限制本发明的范围，凡是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，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池泄气量测试装置及方法，其特征在于，包括石棉板（1）、设置于所述石棉板（1）上的夹具、动力电池（4）、气体导流管（9）和气体流量计（10）；所述动力电池（4）固定在夹具中；所述夹具上设有气体导流孔（7），所述气体导流孔（7）正对动力电池（4）的泄压阀；所述气体导流管（9）与气体导流孔（7）连接；气体流量计（10）通过紧固件安装于气体导流管末端。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述夹具为开放式夹具或全密闭式夹具。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述开放式夹具包括底座（2）、压紧板（8）、若干个固定块（3）和支撑板（5）；所述底座（2）固定在石棉板（1）上，若干个固定块（3）和支撑板（5）均固定于底座（2）表面上，所述支撑板（5）通过紧固螺栓（6）和压紧板（8）连接；所述压紧板（8）开设气体导流孔（7），气体导流孔（7）正对动力电池（4）的泄压阀；所述压紧板（8）的气体导流孔（7）与气体导流管（9）连接。

4.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述全密闭式夹具包括四块侧板（12）、底板（14）和带开孔的上盖板（13），所述四块侧板（12）、上盖板（13）与底板（14）构成密闭的腔体，底板（14）固定在石棉板（1）上，气体导流管（9）与上盖板（13）的开孔连接，上盖板（13）的开孔正对动力电池（4）的泄压阀；

所述全密闭式夹具还包括若干个固定块（3）和垫板；所述若干个固定块（3）和垫板均位于腔体内并固定在底板（14）上，用于固定动力电池（4），垫板贴在动力电池（4）表面。

5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述全密封式夹具还包括固定在动力电池（4）两侧的加热板（11）。

6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述气体导流孔（7）与动力电池（4）泄压阀上的气体导流孔形状尺寸相同，并且气体导流孔（7）正对着动力电池（4）泄压阀上的气体导流孔，以保证密封性。

7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述的气体导流管（9）为气体弯管或气体直管；所述的气体流量计（10）为质量流量计、皂沫流量计、转鼓流量计或流量传感器。

8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述紧固件为带螺母的长螺杆、公母带螺纹管或者螺栓；所述压紧板（8）和上盖板（13）均涂有耐高温硅胶。

9.一种用于权利要求1所述的动力电池泄气量测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、在压紧板（8）/上盖板（13）与动力电池（4）的缝隙之间涂上耐高温硅胶，将动力电池（2）固定在夹具中，夹具上的气体导流孔（7）与动力电池（4）泄气阀上的气体导流孔密闭连接，将气体流量计（10）连接在气体管道末端；

2）、通过热失控手段触发动力电池（4）热失控，从而产生气体, 导致泄压阀泄气；

3）、动力电池（4）泄压阀开启后，通过气体流量计（10）测量气体压力及气体流量。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述热失控手段包括加热、针刺、挤压、碰撞、过充、短路、内短路、火烧或激光。