CN111239632A - 电池热失控触发装置及电池热失控蔓延测试系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池热失控触发装置及电池热失控蔓延测试系统。所述电池热失控触发装置用于触发待测试电池热失控，其包括：夹持装置、铁磁体和电磁加热装置。所述夹持装置用于夹持所述待测试电池；所述铁磁体使用时夹设于所述夹持装置与所述待测试电池之间；所述电磁加热装置包括感应线圈，所述感应线圈套设于所述铁磁体，且与所述铁磁体间隔设置。本申请提供的所述电池热失控装置能够减少热失控触发过程中外部能量的引入。

Description

电池热失控触发装置及电池热失控蔓延测试系统

技术领域

本申请涉及电池安全测试技术领域，特别是涉及一种电池热失控触发装置及电池热失控蔓延测试系统。

背景技术

为缓解能源短缺和环境污染问题，我国已经将发展新能源汽车列入战略性新兴技术产业。锂离子电池因其具有高比能量、高循环寿命、制造成本适中的优点，是目前汽车实现清洁化的主要依赖能量源。

随着锂离子电池在新能源汽车等方面的大规模应用，就不得不关注锂离子电池的安全性问题。由于制造缺陷或使用不当等原因，锂离子电池在极端情况下会发生热失控的现象，致使电池内温度升高，最终引发热失控链式反应，导致电池起火、爆炸。同时，热失控的过程会造成热失控蔓延。热失控以及热失控蔓延事故均极易造成人员伤亡与财产损失。

相关研究表明，目前尚无绝对可靠的方法避免热失控的发生，而热失控蔓延在系统层级上可以通过有效的设计方法进行抑制。为避免热蔓延事故的发生，有必要对电池模组进行一些测试，预先评估电池热失控及热失控蔓延的行为和危害。测试的主要方式为触发某一节电池单体热失控，观察热量在电池模组中的蔓延情况，结合电池模组内的热管理部件综合分析电池模组的安全性问题。目前比较常用的触发电池单体热失控的方法有：过充触发、内短路触发、加热触发和针刺触发等。上述几种触发方式中，加热触发的结果重复性较好，所以加热触发单体热失控的方式目前使用最多。但是，传统技术中的加热触发热失控的方法会不可避免的引入过多的能量，这也是加热触发最受诟病的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电池热失控触发装置及电池热失控蔓延测试系统。

一种电池热失控触发装置，用于触发待测试电池热失控，包括：

夹持装置，用于夹持所述待测试电池；

铁磁体，使用时夹设于所述夹持装置与所述待测试电池之间；

电磁加热装置，所述电磁加热装置包括感应线圈，所述感应线圈套设于所述铁磁体，且与所述铁磁体间隔设置。

在其中一个实施例中，所述夹持装置的材料为非铁磁性材料。

在其中一个实施例中，所述夹持装置的材料为黄铜。

在其中一个实施例中，所述感应线圈的匝数为2至3匝。

在其中一个实施例中，所述电池热失控触发装置还包括：所述感应线圈的表面包裹有耐高温绝缘胶带。

在其中一个实施例中，所述铁磁体为圆柱状。

在其中一个实施例中，电磁加热装置还包括冷却水路，所述感应线圈为中空结构，所述冷却水路与所述感应线圈连通。

在其中一个实施例中，所述夹持装置包括：

第一夹板；

第二夹板，与所述第一夹板间隔相对设置，所述待测试电池夹设于所述第一夹板和第二夹板之间，所述铁磁体夹设于所述第一夹板与所述待测试电池之间；

连接杆，连接于所述第一夹板和所述第二夹板之间。

在其中一个实施例中，所述第一夹板和所述第二夹板之间的距离可调节。

一种电池热失控蔓延测试系统，包括：

如上所述的电池热失控触发装置；

待检测电池，夹设于所述夹持装置，所述待检测电池包括热失控电池单体和蔓延电池单体，所述铁磁体夹设于所述热失控电池单体和所述夹持装置之间；

多个温度检测装置，分别设置于所述热失控电池单体和所述蔓延电池单体。

本申请实施例提供的所述电池热失控触发装置及电池热失控蔓延测试系统，所述电池热失控触发装置包括所述夹持装置、所述铁磁体和所述电磁加热装置。所述电磁加热装置的所述感应线圈套设于所述铁磁体，且与所述铁磁体间隔设置。通过所述电磁加热装置实现所述铁磁体的电磁加热。所述铁磁体将热量传输至所述待测试电池，从而引发所述待测试电池的热失控。本实施例提供的所述电池热失控触发装置及电池热失控蔓延测试系统通过电磁加热实现对所述待测试电池的加热触发，由于电磁加热的能量转换效率极高，因此能够在很短的时间内使所述铁磁体达到很高的问题，快速触发热失控，从而减少外部能量的引入，进而准确研究待测试电池热失控行为及热失控蔓延行为。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的电池热失控触发装置使用结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的待测试电池、铁磁体和感应线圈连接结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的电磁加热装置结构示意图；

图4为本申请一个实施例提供的电池热失控蔓延测试系统结构示意图。

附图标记说明：

电池热失控蔓延测试系统 10

电池热失控触发装置 100

夹持装置 110

第一夹板 111

第二夹板 112

连接杆 113

第三夹板 114

预紧螺栓 115

铁磁体 120

电磁加热装置 130

感应线圈 131

交变电流转换器 132

电磁加热控制器 133

冷却水泵 134

中空连接管 135

待测试电池 200

热失控电池单体 210

蔓延电池单体 220

数据采集装置 300

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的电池热失控触发装置及电池热失控蔓延测试系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

传统技术中加热触发的电池热失控触发装置一般都采用电加热的方式，即，通过给电阻丝通电，电阻丝发热后再通过导体导热至待测试电池，引发待测试电池热失控。这样的加热方式能量转换效率较低，加热速度慢，加热时间长，会引入过多的能量，使得触发热失控时，待测试电池的温度可能已经超过其实际的热失控温度，对于电池热失控的研究不准确。

请参见图1和图2，本申请一个实施例提供一种电池热失控触发装置100，用于触发待测电池200热失控，从而对所述待测试电池200的热行为进行测试。其中，所述待测试电池200为锂离子电池。根据需要，所述待测试电池200可以为电池模组，也可以为电池单体。

所述电池热失控触发装置100包括夹持装置110、铁磁体120和电磁加热装置130。所述夹持装置110用于夹持所述待测试电池200。所述电磁加热装置130和所述铁磁体120共同作用，实现电磁加热。

其中，所述夹持装置110的结构可以根据需要设计，只要能够实现对待测试电池200进行加紧固定即可。例如，所述夹持装置110可以是框架结构、盒状结构等。本申请实施例对于所述夹持装置110的结构不做任何限定，可以根据需要选择。

所述铁磁体120是指具有铁磁性的物体。所述铁磁体120由具有铁磁性的材料制成。如铁、不锈钢等。所述铁磁体120的形状和结构不做限定。例如，可以为立方形结构、圆柱形结构等。所述铁磁体120的尺寸(如直径、长度等)可以根据实际使用需求选择。使用时，所述铁磁体120夹设于所述夹持装置110和所述待测试电池200之间，所述铁磁体120的截面与所述待测试电池200接触。所述铁磁体120与所述待测试电池200接触的面积不同，对触发热失控的影响不同，可以根据实际研究或测试的需要选择不同截面积的所述铁磁体120。在一个实施例中，所述铁磁体120为圆柱状结构。圆柱状的所述铁磁体120加热面积加热更均匀，且加工更容易。所述铁磁体120的直径可以小于1cm。直径为1cm的所述铁磁体120与所述待测试电池200的接触面积较小，可以进行点状加热，模拟点加热引发热失控场景。

所述电磁加热装置130是指利用电磁感应原理实现加热的装置。请一并参见图3，所述电磁加热装置130可以包括感应线圈131、交变电流转换器132和电磁加热控制器133等。所述感应线圈131与所述交变电流转换器132电连接。所述电磁加热控制器133与所述交变电流转换器132电连接。所述感应线圈131套设于所述铁磁体120。同时，所述感应线圈131与所述铁磁体120间隔设置，以防止短路或发热对所述感应线圈131造成影响。实现时，可以通过将所述感应线圈131两端的连接线固定于所述夹持装置110来实现所述感应线圈131与所述铁磁体120的间隔设置。所述交变电流转换器132用于将220V市电转换成高频的交流电，其功率范围可以为10kW-20kW。所述电磁加热控制器133用于控制所述交变电流转换器132的输出功率。

所述电磁加热装置130进行电磁感应加热的原理是：在所述感应线圈131中融入交流电而产生交变磁场。当所述铁磁体120靠近所述感应线圈131，所述铁磁体120切割交变磁力线，而使得所述铁磁体120产生交变电流，即涡流。涡流使得所述铁磁体120的载流子高速无规则运动，载流子与原子相互碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热的效果。由于是所述铁磁体120自身发热，所以热转换效率特别高，热转换效率最高可以达到95％。

需要说明的是，本申请实施例对于所述电磁加热装置130的结构不做任何限定，可以根据实际需求进行选择和变换，只要能够实现电磁加热即可。

以下对使用所述电池热失控触发装置100触发所述待测试电池200热失控的实验过程和原理进行说明，实验过程可以包括以下步骤：

S1、选取所需直径及长度的所述铁磁体120；

S2、绕制所需匝数的所述感应线圈131；

S3、将所述感应线圈131套设于所述铁磁体120，并将所述铁磁体120、所述待测试电池200分别夹设于所述夹持装置110中，使得所述铁磁体120位于所述待测试电池200和所述夹持装置110之间，同时，所述铁磁体120与所述感应线圈131保持间隔设置；

S4、向所述交变电流转换器132供电，并通过所述电磁加热控制器133控制输出电流为所需大小；

S4、监测所述待测试电池200的热行为，当所述待测试电池200发生热失控时，关闭所述电磁加热装置130的电源。

加热过程中，所述电磁加热装置130对所述铁磁体120实现电磁加热，电磁加热的能量转换效率极高，因此能够在很短的时间内使所述铁磁体120温度升高到约700℃。所述铁磁体120将热量传输至所述待测试电池200，从而快速引发所述待测试电池200的热失控。

需要说明的时，当所述待测试电池200为电池模组时，所述电池热失控触发装置100能够触发所述电池模组中与所述铁磁体120接触的一个电池单体。在该电池单体热失控之后，还可以进一步监测、研究该电池单体相邻的其他电池单体的热行为，以分析热失控蔓延情况。

本实施例中，所述电池热失控触发装置100包括所述夹持装置110、所述铁磁体120和所述电磁加热装置130。所述电磁加热装置130的所述感应线圈131套设于所述铁磁体120，且与所述铁磁体120间隔设置。通过所述电磁加热装置130实现所述铁磁体120的电磁加热。所述铁磁体120将热量传输至所述待测试电池200，从而引发所述待测试电池200的热失控。本实施例提供的所述电池热失控触发装置100通过电磁加热实现对所述待测试电池200的加热触发，由于电磁加热的能量转换效率极高，因此能够在很短的时间内使所述铁磁体120达到很高的问题，快速触发热失控，从而减少外部能量的引入，进而准确研究待测试电池200热失控行为及热失控蔓延行为。

在一个实施例中，所述夹持装置110的材料为非铁磁性材料。也就是说，所述夹持装置110的材料不是铁磁性材料。这样，能够防止所述夹持装置110在所述感应线圈131的交变磁场中产生热量，使得交变磁场产生的热量均集中在所述铁磁体120上，从而可以进一步减少外部能量的引入，进一步提高热失控研究的准确性。

在一个具体的实施例中，所述夹持装置110的材料可以为黄铜。黄铜不仅为非铁磁性材料，而且黄铜的熔点较高，耐高温性能较高，因此，不仅不会再交变磁场中产生热量，而且不会因所述铁氧体温度传导至所述夹持装置110导致变形，提高所述夹持装置110的结构稳定性。

请继续参见图1，在一个实施例中，所述夹持装置110包括第一夹板111、第二夹板112和连接杆113。所述第一夹板111和所述第二夹板112间隔相对设置，且通过所述连接杆113连接。所述连接杆113的数量可以为一个，也可以为多个。在一个实施例中，所述连接杆113的数量为4个，分别设置于所述待测试电池200的两侧。所述第一夹板111和所述连接杆113可以但不限于通过螺钉连接。所述第一夹板111、所述第二夹板112、所述连接杆113和所述螺钉等的材料可以均为黄铜。

在一个实施例中，所述第一夹板111和所述第二夹板112之间的距离可以调节，从而便于加紧所述待测试电池200和所述铁磁体120。所述第一夹板111和所述第二夹板112之间的距离可以通过螺母调节，也可以通过其他的方式调节。在一些实施例中，所述夹持装置110还可以进一步包括第三夹板114。所述第三夹板114设置于所述第二夹板112远离所述待测试电池200的一侧。所述连接杆113连接所述第一夹板111、所述第二夹板112和所述第三夹板114。另外，所述第二夹板112和所述第三夹板114之间还设置有预紧螺栓115。所述预紧螺栓115穿设于所述第三夹板114并抵接所述第二夹板112。通过所述第三夹板114和所述预紧螺栓115，能够方便、简单的实现所述第一夹板111和所述第二夹板112之间距离的调节。所述预紧螺栓115的材料可以为黄铜。

在一个实施例中，所述感应线圈131的匝数为2至3匝。所述感应线圈131匝数的设置，不仅要考虑加热功率，还要考虑所述铁磁体120的长度。所述感应线圈131的匝数设置为2到3匝，不仅能够满足加热时的功率要求，还能够使得所述铁磁体120的尺寸较小，有效减小所述电池热失控触发装置100的体积。

在一个实施例中，所述感应线圈131的表面包裹有耐高温绝缘胶带。所述耐高温绝缘胶带包括但不限于特氟龙胶带。所述耐高温绝缘胶带能够防止所述感应线圈131与所述铁磁体120短路，进一步提高所述电池热失控触发装置100的稳定性和安全性。

请继续参见图3，在一个实施例中，所述电磁加热装置130还进一步包括冷却水路(图中未示出)、冷却水泵134。所述冷却水路设置于所述交变电流转换器132内部。所述冷却水路与所述冷却水泵134连通，所述冷却水泵134用于向所述冷却水路中的冷却水提供压力，使得冷却水循环。具体的，所述冷却水泵134的出水口与所述冷却水路的进水口连通，所述冷却水路的出水口与所述冷却水泵134的进水口连通。

同时，所述感应线圈131可以为中空线圈。所述感应线圈131通过中空连接管135与所述交变电流转换器132连接。所述中空连接管135能够使得所述感应线圈131的内部通道与所述冷却水路连通，并且能够使得所述感应线圈131与所述交变电流转换器132实现电连接。在进行热失控触发之前，可以打开所述冷却水泵134，开启冷却水循环，这样，能够对所述电磁加热装置130进行有效冷却降温，防止温度过高，提高设备的稳定性和安全性。

请参见图4，本申请一个实施例还提供一种电池热失控蔓延测试系统10。所述电池热失控蔓延测试系统10包括如上所述的电池热失控触发装置100、待检测电池和多个温度监测装置(图中未示出)。其中，所述待检测电池为电池模组。所述待检测电池包括热失控电池单体210和蔓延电池单体220。所述铁磁体120夹设于所述热失控电池单体210和所述夹持装置110之间。也就是说，与所述铁磁体120接触的电池单体命名为热失控电池单体，与所述热失控电池单体相邻的电池单体命名为蔓延电池单体。所述蔓延电池单体220的数量可以为一个，也可以为多个。

在一个实施例中，所述温度检测装置可以为热电偶。所述热电偶可以设置于所述热失控电池单体210和所述蔓延电池单体220的内部。所述热电偶的型号、尺寸等不做任何限定，可以根据实际需求选择。

在一个实施例中，所述电池热失控蔓延测试系统10还可以进一步包括数据采集装置300。所述数据采集装置300与所述温度检测装置信号连接。所述数据采集装置300用于根据所述温度检测装置检测的温度信息分析各个电池单体的热失控及热失控蔓延情况。

本实施例提供的所述电池热失控蔓延测试系统10包括如上所述的电池热失控触发装置100，因此具有所述电池热失控触发装置100的所有有益效果，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池热失控触发装置，用于触发待测试电池(200)热失控，其特征在于，包括：

夹持装置(110)，用于夹持所述待测试电池(200)；

铁磁体(120)，使用时夹设于所述夹持装置(110)与所述待测试电池(200)之间；

电磁加热装置(130)，所述电磁加热装置(130)包括感应线圈(131)，所述感应线圈(131)套设于所述铁磁体(120)，且与所述铁磁体(120)间隔设置。

2.根据权利要求1所述的电池热失控触发装置，其特征在于，所述夹持装置(110)的材料为非铁磁性材料。

3.根据权利要求2所述的电池热失控触发装置，其特征在于，所述夹持装置(110)的材料为黄铜。

4.根据权利要求1所述的电池热失控触发装置，其特征在于，所述感应线圈(131)的匝数为2至3匝。

5.根据权利要求1所述的电池热失控触发装置，其特征在于，还包括：所述感应线圈(131)的表面包裹有耐高温绝缘胶带。

6.根据权利要求1所述的电池热失控触发装置，其特征在于，所述铁磁体(120)为圆柱状。

7.根据权利要求1所述的电池热失控触发装置，其特征在于，所述电磁加热装置(130)还包括冷却水路，所述感应线圈(131)为中空结构，所述冷却水路与所述感应线圈(131)连通。

8.根据权利要求1所述的电池热失控触发装置，其特征在于，所述夹持装置(110)包括：

第一夹板(111)；

第二夹板(112)，与所述第一夹板(111)间隔相对设置，所述待测试电池(200)夹设于所述第一夹板(111)和第二夹板(112)之间，所述铁磁体(120)夹设于所述第一夹板(111)与所述待测试电池(200)之间；

连接杆(113)，连接于所述第一夹板(111)和所述第二夹板(112)之间。

9.根据权利要求8所述的电池热失控触发装置，其特征在于，所述第一夹板(111)和所述第二夹板(112)之间的距离可调节。

10.一种电池热失控蔓延测试系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任一项所述的电池热失控触发装置(100)；

待检测电池(200)，夹设于所述夹持装置(110)，所述待检测电池(200)包括热失控电池单体(210)和蔓延电池单体(220)，所述铁磁体(120)夹设于所述热失控电池单体(210)和所述夹持装置(110)之间；

多个温度检测装置，分别设置于所述热失控电池单体(210)和所述蔓延电池单体(220)。

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