CN112946491B - 一种三元锂离子电池安全性的测试装置及其方法 - Google Patents

一种三元锂离子电池安全性的测试装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三元锂离子电池安全性的测试装置及其方法，其中所述测试装置包括充放电电路、外短路测试电路和直流反向电压电路；所述充放电电路用于对测试电池进行充放电循环；所述外短路测试电路用于对所述测试电池进行短接测试；所述直流反向电压电路用于验证正负极已断开的电池安全性能和漏电流大小；所述外短路测试电路包括测量组件，所述测量组件用于对短接测试的数据进行测量分析。通过本发明可以对三元锂离子电池的熔断电压进行测试，了解带Fuse保护设计的三元锂离子电池的安全性能。

Description

一种三元锂离子电池安全性的测试装置及其方法
技术领域
本发明涉及电池稳定性测试领域，特别涉及一种三元锂离子电池安全性的测试装置及其方法。
背景技术
锂离子电池作为一种化学电池，以其较高的稳定性和较高的能力密度受到广泛的追捧。特别是随着新能源汽车的推广，对锂离子电池的续航、安全等方面提出了更高的挑战。尤其是在追求能量密度的当下，三元锂离子的安全问题尤为突出，锂离子电池正极连接片上设计熔断结构，在发生外短故障时，较大的电流可瞬间熔断连接片，快速断开正负极，提高锂离子电池的安全性能，是一项非常有效的技术发明，然而在连接片熔断后，电池的安全性也不能得到百分百的保障，为了防止在连接片发生熔断后故障扩大，降低危害程度，需要对三元锂离子电池连接片熔断后的安全性做进一步测试，以得到的相关数据为后续研发提供依据。
发明内容
本发明公开了一种三元锂离子电池安全性的测试装置，
所述测试装置包括外短路测试电路和充放电电路；
所述充放电电路用于对测试电池进行充放电循环；
所述外短路测试电路用于对所述测试电池进行短接测试；
所述直流反向电压电路用于验证正负极已断开的电池安全性能和漏电流大小；
所述外短路测试电路包括测量组件，所述测量组件用于对短接测试的数据进行测量分析。
进一步的，所述测量组件包括直流内阻仪和直流稳压电源；
所述直流内阻仪用于外短路过程中设定施加在电池两端的固定阻值，所述直流稳压电源用于测试电池在高压状态下漏电流大小。
进一步的，所述直流内阻的阻值小于2mΩ，并可以使被测电池内部正极连接片上Fuse结构熔断。
进一步的，所述直流反向电压电路包括直流稳压电源，所述直流稳压电源的量程大于1000V，并可以瞬间升至目标电压值。
进一步的，所述测试装置还包括固定组件，所述固定组件包括支架、底座和夹具所述底座用于放置被测电池，所述支架固定安装在所述底座上方，所述夹具安装在所述支架上，所述夹具与所述底座配合固定被测电池。
进一步的，所述测试装置还包括高频数据采集仪，所述高频数据采集仪用于监测整个测试过程中测试电池的温度变化，所述高频数据采集仪包括热电偶，所述热电偶直接布置在测试电池表面。
本发明还公开了一种三元锂离子电池的测试方法，所述方法包括以下步骤，S1:在室温下进行标准放电和标准充电N个周期，以三元锂离子电池满电结束。
S2：满电结束后，在设定时间内进行外短接测试，在所述测试电池的正负极连接直流内阻，制作正极连接片熔断的样件。
S3：在所述测试电池的正负极端反向连接直流稳压电源，施加不同直流电压。
S4：检测在不同电压状态下所述测试电池的漏电流大小，记录相应所述测试电池在相应电压下发生热失控的时间。
进一步的，所述标准放电和标准充电的倍率范围均为C/3。
进一步的，外短接测试选取的所述外短路测试电路直流内阻小于2mΩ，短接持续时间为10-20min。
进一步的，所述反向电压测试中所使用的直流稳压电源设备量程大于1000V，并且可以瞬间将电压升至目标电压值。
本发明的有益效果在于：
1)通过本发明的测试装置可以测量三元锂离子电池的安全电压，促进三元锂离子电池研发进步。
2)内阻小于2mΩ是为了避免内阻过大，造成正极连接片Fuse结构无法熔断。量程大于1000V是为了适用于更多的测量电池，瞬间升至目标电压值，也是为了提高测量的准确值。
3)高频数据采集仪是为了记录测试电池在测试过程中的状态，记录原始数据。
4)固定组件是为了在实验过程中固定电池，避免因为热胀冷缩使得测试电池脱离测试装置。
附图说明
图1示出了本发明实施例中三元锂离子电池的测试方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种三元锂离子电池安全性的测试装置，所述测试装置包括充放电电路、外短路测试电路、直流反向电压电路、测量组件和固定组件。
所述充放电电路用于对测试电池进行充放电循环。示例性的，所述充放电电路包括外接电源。开关K1、开关K2、用电器L。所述外接电源与开关K1串联组成第一支路；所述用电器L和开关K2串联组成第二支路，所述第一支路和所述第二支路并联连接。所述充放电电路的干路包括第一端子A和第二端子B，其中所述第一端口A靠近所述外接电源的正极，所述第二端子B靠近所述外接电源的负极。在充放电过程中，将测试电池的正极与所述第一端子A连接，负极与所述第二端子B连接。在充电过程中，所述开关K1闭合，所述开关K2断开，所述第一支路与干路形成回路，所述第二支路形成断路，所述外接电源为所述测试电池进行充电；在放电过中，所述开关K1断开，所述开关K2闭合，所述第一支路为断路，所述第二支路与干路形成通路，所述测试电池为所述用电器L供电，进行放电过程。进一步的，所述测试装置包括所述防火组件，所述防火组件由防火材料构成，在测试时，将所有测试设备放置于所述防火组件内，保护测试人员的人身安全。
所述外短路测试电路用于对所述测试电池进行短接测试。示例性的，所述外短路测试电路包括测量组件，所述测量组件用于对短接测试的电池数据进行测量分析。
具体的，所述测量组件包括直流内阻仪和直流稳压电源。所述直流内阻仪用于外短路过程中设定施加在电池两端的固定阻值，并测量所述测试电池在高压状态下记录漏电流大小。
进一步的，所述直流电源的内阻小于2mΩ，直接将所述直流电源短接在所述测试电池的正负极上，使被测电池内部正极连接片上Fuse结构熔断。
示例性的，所述直流反向电压包括直流稳压电源，所述直流稳压电源的量程大于1000V，并且可以瞬间升至目标电压值。
示例性的，所述固定组件用于对测试电池进行固定。所述固定组件包括支架、底座和夹具。所述底座用于放置测试电池。优选的，所述底座采用导热材料，所述底座下方放置温度传感器，所述温度传感器带有无线传输模块，可以实时将所述电池的实际温度对外传输。所述支架固定安装在所述底座上方，所述夹具安装在所述支架上。所述夹具用于和所述底座陪合固定所述测试电池的位置，确保所述电池接入外短路测试电路。不会因为温度过高产生形变，使得电池断开。
本发明还公开了一种三元锂离子电池安全性的测试方法，如图1所示。所述测试方法包括以下步骤：
S1：在室温下进行标准放电和标准充电N个周期，以三元锂离子电池满电结束。以确保所述三元锂离子电池处于性能稳定的状态，示例性的，进行标准放电和标准充电三个周期。进一步的，所述标准放电和标准充电的倍率均为C/3或C/2。优选的，所述室温为23℃～27℃。
S2：满电结束后，在设定时间进行外短路测试。优选的，设定时间为4小时内，之所以要在4个小时内进行外短路测试，是为了确保三元锂离子电池在进行外短路测试时保持满电状态，并且电池处于稳定状态。具体的，对所述三元锂离子电池进行外短路测试，在不起火、不爆炸的前提下确保所述三元锂离子电池正极连接片的Fuse(保险丝)熔断，得到正极连接片熔断的样件。为进一步确定测试电池内正极连接片的Fuse保护装置断开，当Fuse断开时，测试电池的内阻无穷大。优选的，采用CT对测试电池进行扫描确认。
优选的，在进行测试时，所述测试电池用夹具固定，并置于防爆箱内部。
优选的，所述外短路测试所选取的外短路测试电路内阻值要小于2mΩ，短路持续的时间为10-20min。
进一步的，所述直流稳压电源设备的量程需要大于1000V，并且可以瞬间将电压升至目标电压值。
进一步的，对所述测试电池施加的电压值为200-960V，并且对所述测试电池持续时间为30s。
S3：在所述测试电池的正负极端反向连接直流稳压电源设备，施加不同电压。
S4：检测在不同电压状态下所述测试电池的漏电流大小，记录相应所述测试电池在相应电压下发生热失控的时间。
上述测试方法主要用于高能量的三元锂离子电池，所述三元锂离子电池的正极连接片上的Fuse为单桥设计。
实施例
以正极连接片保险丝面积为2.5mm2的三元锂离子电池为例。
S1：使用夹具固定好电池，在25℃的室温环境下，对进行标准放电和标准充电三个周期，确保测试电池处于稳定状态，并且以满电结束。
S2：充电结束后，在第三个小时时对所述测试电池进行外短接测试。将所述测试电池接入外短路测试电路，外接阻值为2mΩ，直至所述测试电池正极连接片的保险丝熔断。
S3：将所述测试电池使用固定组件固定好，放入防爆箱中，用直流稳压电源在所述电池正负极施加450V高压30s，观察直流稳压电源显示屏上所述测试电池的漏电流变化，直至所述测试电池熔断后的保险丝被击穿，电池失效，切断所述外短接测试电路。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种三元锂离子电池安全性的测试装置，其特征在于，
所述测试装置包括充放电电路、外短路测试电路和直流反向电压电路；
所述充放电电路用于对测试电池进行充放电循环；
所述外短路测试电路用于对所述测试电池进行短接测试；
所述直流反向电压电路用于验证正负极已断开的电池安全性能和漏电流大小；
所述外短路测试电路包括测量组件，所述测量组件用于对短接测试的数据进行测量分析；
所述直流反向电压电路包括直流稳压电源，所述直流稳压电源的量程大于1000V，并可以瞬间升至目标电压值；
执行一种三元锂离子电池安全性的测试方法，包括以下步骤，
S1、在室温下进行标准放电和标准充电N个周期，以三元锂离子电池满电结束；
S2、满电结束后，在设定时间内进行外短接测试，在所述测试电池的正负极连接直流内阻，制作正极连接片熔断的样件；
S3、在所述测试电池的正负极端反向连接直流稳压电源，施加不同直流电压；
S4、检测在不同电压状态下所述测试电池的漏电流大小，记录相应所述测试电池在相应电压下发生热失控的时间；
所述测量组件包括直流内阻仪；
所述直流内阻仪用于外短路过程中设定施加在电池两端的固定阻值。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，
所述直流内阻的阻值小于2mΩ，并可以使被测电池内部正极连接片上Fuse结构熔断。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，
所述测试装置还包括固定组件，所述固定组件包括支架、底座和夹具所述底座用于放置被测电池，所述支架固定安装在所述底座上方，所述夹具安装在所述支架上，所述夹具与所述底座配合固定被测电池。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，
所述测试装置还包括高频数据采集仪，所述高频数据采集仪用于监测整个测试过程中测试电池的温度变化，所述高频数据采集仪包括热电偶，所述热电偶直接布置在测试电池表面。
5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，
所述标准放电和标准充电的倍率范围均为C/3。
6.根据权利要求1中所述的测试装置，其特征在于，
外短接测试选取的所述外短路测试电路直流内阻小于2mΩ，短接持续时间为10-20min。
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