CN114415045A - 一种锂电池热失控释放能绝热测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池热失控释放能绝热测试系统及测试方法，所述测试系统包括真空水浴冷却系统，数据采集系统和绝热测试系统；所述的真空水浴冷却系统包括水浴系统和第一真空泵，所述的水浴系统包括水浴循环管道和水浴冷却管道。本发明的测试系统采用真空隔热与水浴方式的锂电池热失控释放能绝热测试平台，测试数据准确可靠，能实时监测分析电池自反应热失控热放能量；通过数据接口，数据采集准确、及时，无延时性；通过水浴体统，能够对热失控反应起始环境温度进行控制；特殊设计的绝热测试系统，由绝热体和绝热层组成，防止热失控过程中电池对外进行热交换，影响实验数据精确度。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池热失控技术领域，具体涉及一种锂电池热失控释放能绝热测试系统及测试方法。
背景技术
锂离子电池作为现代移动设备上的能量源泉，虽然目前锂离子电池能够满足人们对其性能、容量和续航的要求，但是锂离子电池的安全性和稳定性任然困扰着锂离子的进一步发展，并且近年来随着以热失控为特征的锂离子电池系统的热安全事故的增多，锂离子电池的热安全性引起了更加广泛的关注，所以锂离子电池的热安全性是现代设计移动设备上以锂离子电池作为能量源而首先要考虑和解决的问题。
据美国联邦航空局FAA(Federal Aviation Administration)最新统计，2006年1月至2020年8月以来，全球共发生290起涉及作为货物或行李携带的锂电池的航空/机场事故，其中有多起直接导致机毁人亡。锂离子电池的热安全性，也就是锂离子电池会在一定的外界诱因下发生热失控。“热失控”是指电池内部出现放热连锁反应引起电池的温升速率急剧变化的过热现象。现代移动设备上的锂离子电池发生自燃，如：旅客携带到航空器上的充电宝、笔记本电脑和飞机的辅助动力电池组，以及逐年来高频发生的纯电动汽车自燃现象等等，主要就是由于电池发生热失控而引起热安全事件。电池热失控有诸多起因，如：(1)外部条件对电池的挤压、碰撞和穿刺导致电池内部发生变形和短路，从而引起热失控；(2)电池内部的电化学反应产生了锂枝晶，锂枝晶刺破隔膜导致正负极材料短接使电池内部发生短路，而引起热失控；(3)过高的外界温度加剧了电池内部传质过程的程度，同时使电池的副反应进一步加剧，最终导致热失控，使电池内部的温度达到了电池材料的燃点，而发生自燃甚至是爆炸。如今，国内外在真空隔热与水浴方式的锂电池热失控释放能绝热测试的有效方法和实验平台还不够完善，无法在真空环境及变温环境下来测试锂离子电池热失控以及热灾害的性能；也无法提供锂离子电池多尺度、多场耦合模拟方法研究。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种锂电池热失控释放能绝热测试系统及测试方法，用于测量锂电池热失控时的释放能量，通过绝热系统和真空水浴提高测量精确度，具有时间移植性好、测量数据准确、实时性好、响应特性好的特点，解决了上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂电池热失控释放能绝热测试系统，所述测试系统包括真空水浴冷却系统，数据采集系统和绝热测试系统；所述的真空水浴冷却系统包括水浴系统和第一真空泵，所述的水浴系统包括水浴循环管道和水浴冷却管道。
优选的，所述的数据采集系统包括数据采集接口，所述数据采集接口设置在真空水浴冷却系统与绝热测试系统的连接处，用于采集流水速率、流水量以及热释放能量的数据。
优选的，所述的绝热测试系统包括热失控释放能绝热测试舱，所述热失控释放能绝热测试舱的上部设置有强电插排和弱电插排，强电插排对整个系统的运转提供动力源，通过弱电插排进行与外界信号传输和接入。
优选的，所述热失控释放能绝热测试舱由绝热体和绝热层组成，防止热失控过程中电池对外进行热交换，影响实验数据精确度。
优选的，所述的热失控释放能绝热测试舱内设置有点火装置，通过点火装置触发电池热失控。
优选的，所述的热失控释放能绝热测试舱内还设置有第二真空泵，所述第二真空泵能将热失控释放能绝热测试舱内进行抽真空。
为实现上述目的，本发明提供另一种技术方案：一种锂电池热失控释放能绝热测试系统的测试方法，包括如下步骤：
S1、将锂离子电池放入绝热测试系统中的热失控释放能绝热测试舱，启动真空泵和水浴系统，运转开始循环并抽取至真空状态；
S2、水浴循环管道中的水流从设置有数据采集接口的连接处进入到绝热测试系统中，可以实时测试流水速率和流水量的数据；
S3通过第二真空泵对绝热测试系统中的热失控释放能绝热测试舱抽真空，并再次确认环境温度和压力；
S4、通过点火装置触发电池热失控，其热释放能量通过数据接口实时记录，并可导出数据分析；
S5、关闭水浴系统，将密封胶取下，打开测试舱门，清理电池残渣，得到数据。
优选的，所述测试过程中，可通过水浴系统调节水流速度，改变热失控环境起始温度。
本发明的有益效果是：
1)本发明测试系统采用真空隔热与水浴方式的锂电池热失控释放能绝热测试平台，测试数据准确可靠，能实时监测分析电池自反应热失控热放能量；
2)通过数据接口，数据采集准确、及时，无延时性；
3)通过水浴体统，能够对热失控反应起始环境温度进行控制；
4)特殊设计的绝热测试系统，由绝热体和绝热层组成，防止热失控过程中电池对外进行热交换，影响实验数据精确度。
附图说明
图1为本发明测试系统的结构示意图；
图中，1-水浴系统；2-水浴循环管道；3-第一真空泵；4-强电插排；5-数据采集接口；6-弱电插排；7-热失控释放能绝热测试舱；8-绝热体；9-绝热层；10-第二真空泵；11-点火装置；12-水浴冷却管道。
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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种锂电池热失控释放能绝热测试系统，所述测试系统包括真空水浴冷却系统，数据采集系统和绝热测试系统；所述的真空水浴冷却系统包括水浴系统1和第一真空泵3，所述的水浴系统包括水浴循环管道2和水浴冷却管道12。
如图1所示，将水浴系统和绝热测试平台进行连接，并对二者其进行绝缘处理；数据接口位于水浴系统和绝热测试平台连接处的位置，可用于测量水浴系统流出水的速率和流量，以及电池热失控过程中自反应释放的能量；水浴系统其表面用一层聚酰亚胺膜进行包裹，以防其与外部电路接触造成短路；通过强电插排进行动力源提供，通过弱电插排进行信号传输；通过点火装置触发电池热失控，其热释放能量通过数据接口实时记录，并可导出数据分析，实验后接入导出数据进行采集和分析。
进一步的，所述的数据采集系统包括数据采集接口5，所述数据采集接口设置在真空水浴冷却系统与绝热测试系统的连接处，用于采集流水速率、流水量以及热释放能量的数据。
进一步的，所述的绝热测试系统包括热失控释放能绝热测试舱7，所述热失控释放能绝热测试舱的上部设置有强电插排4和弱电插排6，强电插排对整个系统的运转提供动力源，通过弱电插排进行与外界信号传输和接入。
进一步的，所述热失控释放能绝热测试舱由绝热体8和绝热层9组成，防止热失控过程中电池对外进行热交换，影响实验数据精确度。
进一步的，所述的热失控释放能绝热测试舱内设置有点火装置11，通过点火装置触发电池热失控。
进一步的，所述的热失控释放能绝热测试舱内还设置有第二真空泵10，所述第二真空泵能将热失控释放能绝热测试舱内进行抽真空。
一种锂电池热失控释放能绝热测试系统的测试方法，包括如下步骤：
(1)准备好实验所需锂离子电池，将其放入绝热测试平台，然后关闭测试平台。启动真空泵和水浴系统，提前运转开始循环，检查装置是否工作正常；
(2)将热失控绝热释放测试平台进行抽取至真空状态，通过数据接口将水引入下部，并且可以实时测试流水速率和流水量等；
(3)水浴系统能够一直维持测试平台处于一定的温度条件下，与外界绝缘，防止系统短路等现象发生；
(4)通过强电插排对整个系统的运转提供动力源，通过弱电插排进行与外界信号传输和接入等；
(5)对绝热体内测试平台抽真空，并再次确认环境温度和压力等；
(6)通过点火装置触发电池热失控，其热释放能量通过数据接口实时记录，并可导出数据分析；
(7)实验过程中，可通过水浴系统调节环境温度，即水流速度，改变热失控环境起始温度；
(8)实验结束后，需先关闭水浴系统，将密封胶取下，打开测试平台舱门，清理电池残渣，取出相关数据，注意防止水浴系统与外部电路接触形成短路。
本发明的基于真空隔热与水浴方式的锂电池热失控释放能绝热测试系统，采用锂离子电池，水浴系统、水浴循环管道、真空泵和热失控释放能绝热测试舱、绝热体、绝热层，点火装置等作为基础元件，主要用于测量锂电池热失控时的释放能量，通过绝热系统和真空水浴提高测量精确度，具有时间移植性好、测量数据准确、实时性好、响应特性好。
可实时精确测试电池热失控的实际温度；通过数据采集系统，精确采集电池在绝热条件下的自反应热失控释放能量；实时数据采集延迟性大大降低，可尽早有效的采取一系列措施来防止电池热失控的发生；可通过真空水浴系统对热失控后的电池进行快速降温。可通过强电插排进行动力源提供，通过弱电插排进行信号传输。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种锂电池热失控释放能绝热测试系统，其特征在于，所述测试系统包括真空水浴冷却系统，数据采集系统和绝热测试系统；所述的真空水浴冷却系统包括水浴系统(1)和第一真空泵(3)，所述的水浴系统包括水浴循环管道(2)和水浴冷却管道(12)。
2.根据权利要求1所述的锂电池热失控释放能绝热测试系统，其特征在于：所述的数据采集系统包括数据采集接口(5)，所述数据采集接口设置在真空水浴冷却系统与绝热测试系统的连接处，用于采集流水速率、流水量以及热释放能量的数据。
3.根据权利要求1所述的锂电池热失控释放能绝热测试系统，其特征在于：所述的绝热测试系统包括热失控释放能绝热测试舱(7)，所述热失控释放能绝热测试舱的上部设置有强电插排(4)和弱电插排(6)，强电插排对整个系统的运转提供动力源，通过弱电插排进行与外界信号传输和接入。
4.根据权利要求3所述的锂电池热失控释放能绝热测试系统，其特征在于：所述热失控释放能绝热测试舱由绝热体(8)和绝热层(9)组成，防止热失控过程中电池对外进行热交换，影响实验数据精确度。
5.根据权利要求3所述的锂电池热失控释放能绝热测试系统，其特征在于：所述的热失控释放能绝热测试舱内设置有点火装置(11)，通过点火装置触发电池热失控。
6.根据权利要求3所述的锂电池热失控释放能绝热测试系统，其特征在于：所述的热失控释放能绝热测试舱内还设置有第二真空泵(10)，所述第二真空泵能将热失控释放能绝热测试舱内进行抽真空。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的锂电池热失控释放能绝热测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将锂离子电池放入绝热测试系统中的热失控释放能绝热测试舱，启动真空泵和水浴系统，运转开始循环并抽取至真空状态；
S2、水浴循环管道中的水流从设置有数据采集接口的连接处进入到绝热测试系统中，可以实时测试流水速率和流水量的数据；
S3通过第二真空泵对绝热测试系统中的热失控释放能绝热测试舱抽真空，并再次确认环境温度和压力；
S4、通过点火装置触发电池热失控，其热释放能量通过数据接口实时记录，并可导出数据分析；
S5、关闭水浴系统，将密封胶取下，打开测试舱门，清理电池残渣，得到数据。
8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：所述测试过程中，可通过水浴系统调节水流速度，改变热失控环境起始温度。
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