CN115127804A - 锂离子电池泄压阀压力测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种锂离子电池泄压阀压力测试装置和方法，装置中，一对前后夹板可移动地支承于测试平台，一对左右夹板可移动地支承于测试平台且位于一对前后夹板之间，待测试锂离子电池设于一对前后夹板和一对左右夹板之间以在前后方向承受第一预紧力和在左右方向上承受第二预紧力，待测试锂离子电池具有在垂直方向上的泄压阀；电控柜设于防爆箱外，电控柜发送指令到热失控单元以触发热失控，以及控制第一电机、第二电机产生第一预紧力和第二预紧力使得待测试锂离子电池的体积在热失控过程中外壳形状保持不变，电控柜连接压力传感器和冲击力传感器以采集在热失控过程中的泄压压力和冲击压力。装置快速准确测试泄压压力和冲击压力。

Description

锂离子电池泄压阀压力测试装置和方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池测试技术领域，尤其涉及一种锂离子电池泄压阀压力测试装置和方法。

背景技术

锂离子电池作为新能源汽车中的重要能源，其安全问题也成了汽车行业急需攻克的新的难点。另外锂离子电池在储能领域也有着很重要的应用，储能电站增长也非常迅猛。锂离子电池在出现热失控的时候，内部会产生大量的可燃气体，如一氧化碳、碳氢化合物、氢气等，极易造成电池的起火、爆炸，从而导致新能源汽车和储能电站出现安全事故，危害广大人民群众的安全。

为了降低锂离子电池因热失控导致的起火爆炸风险，现有的锂离子电池的壳体设计上增加了泄压阀装置，用于当锂离子电池出现热失控时，内部压力增大到临界压力后，自动启动泄压，防止锂离子电池出现压力过大而导致爆炸，从而降低了新能源汽车和储能站的安全风险。然而泄压阀大多原先是使用在水管、气管中，而在锂离子电池上应用时间较短，其设计和选型都存在一定的困难。此外锂离子电池出现失控开阀后的安全也是一个重要的课题。在锂离子电池出现失控并喷发时，极易因为喷出的高温高压气体和火焰引发相邻或者相对的电池出现热失控，引发整个电池系统或者储能系统的热扩散。因此，确定不同锂离子电池喷发过程中产生的喷发压力，对电池系统及储能系统内部安全设计和安全布局有着极其重要的意义。

如何准确迅速测定锂离子电池在出现热失控前后的压力变化及喷发的喷发力，已经是新能源汽车行业和储能领域中亟需解决的难题。然而目前对锂离子电池泄压阀临界压力和泄压后冲击压力的测试上并没有成熟的方法。现有的方法多为在电池壳体穿孔，将压力传感器植入电池内部,然后将电池壳体密封，达到测量电池内部压强的目的。另外还有将电池置于一密封容器中，容器外接压力传感器或者采用排水法测量容器压力。这些方法中，要不存在破坏电池结构，在实际测试过程可能会引起被破坏区域出现漏气情况，要不是在电池外部增加一个新的容器，与电池本体失控过程的温度和体积都存在一定差异，而且只能在电池开阀后才能监测出压力，加上新的容器存在温度、压力等与实际状态不符，这个压力并不一定是泄压阀开启的实际压力。综上所述，目前还没有快速准确的测量出锂离子电池的泄压阀泄压压力及喷发压力的方法，难以迅速为锂离子电池系统和储能系统的设计提供更快速更准确的指导意见。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池泄压阀压力测试装置和方法，能够快速准确的测量出锂离子电池的泄压阀泄压压力及喷发压力。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置包括：

防爆箱；

锂离子电池固定机构，其设于所述防爆箱内部，所述锂离子电池固定机构包括，

测试平台，

一对前后夹板，其可移动地支承于所述测试平台，所述前后夹板包括平行对置的前夹板和后夹板，

第一丝杠，其连接所述前夹板和/或后夹板，

第一电机，其经由第一联轴器连接所述第一丝杠以提供第一预紧力，

一对左右夹板，其可移动地支承于所述测试平台且位于所述一对前后夹板之间，所述左右夹板包括平行对置的左夹板和右夹板，

第二丝杠，其连接所述左夹板和/或右夹板，

第二电机，其经由第二联轴器连接所述第二丝杠以提供第二预紧力；

待测试锂离子电池，其设于所述一对前后夹板和一对左右夹板之间以在前后方向承受第一预紧力和在左右方向上承受第二预紧力，所述待测试锂离子电池具有在垂直方向上的泄压阀；

热失控单元，其连接所述待测试锂离子电池以触发所述待测试锂离子电池热失控；

压力传感器，其设于所述一对前后夹板以实时测量所述待测试锂离子电池的泄压压力；

冲击力传感器，其设于所述泄压阀上方以测量泄压阀开启后从泄压阀喷射的冲击压力；

电控柜，其设于所述防爆箱外，所述电控柜电连接所述第一电机、第二电机、热失控单元、压力传感器和冲击力传感器，电控柜发送指令到热失控单元以触发热失控，以及控制第一电机、第二电机产生第一预紧力和第二预紧力使得所述待测试锂离子电池的体积在热失控过程中外壳形状保持不变，电控柜连接所述压力传感器和冲击力传感器以采集在热失控过程中的泄压压力和冲击压力。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置中，所述热失控单元设于所述待测试锂离子电池的底部。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置中，所述热失控单元包括连接待测试锂离子电池的过充电器或者加热器。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置中，所述电控柜设有用于参数设置的控制面板。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置中，所述第一预紧力等于第二预紧力。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置中，所述压力传感器设于第一丝杠和所述前后夹板之间。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的测试方法包括以下步骤，

步骤1，待测试锂离子电池荷电状态SOC调整至100％，检查电池外观平整；

步骤2，将锂离子电池安装在一对前后夹板中，调节锂离子电池高度，一对左右夹板在一对前后夹板之间夹持锂离子电池，调整冲击力传感器的位置，使其在锂离子电池的泄压阀正上方；

步骤3，在控制界面上设定第一预紧力和第二预紧力，一对前后夹板和一对左右夹板分别在前后方向和左右方向以第一预紧力和第二预紧力夹紧锂离子电池以保持；

步骤4，启动传感器记录，触发锂离子电池热失控，压力传感器和冲击力传感器测量锂离子电池在热失控触发过程中电池内部压力及泄压阀喷发压力，其中，锂离子电池在热失控触发过程中外壳形状保持不变。

所述的测试方法中，所述压力传感器位于锂离子电池的前表面中心。

所述的测试方法中，所述第一预紧力和第二预紧力分别为1～400N。

所述的测试方法中，所述冲击力传感器处于泄压阀上方0～20cm。

在上述技术方案中，本发明提供的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置，具有以下有益效果：与现有技术相比，锂离子电池泄压阀压力测试装置将锂离子电池用夹板保持外表面不变，通过测量锂离子电池在热失控过程的膨胀力，计算出泄压压力和泄压后的冲击力。相比现有技术，本方法无需破坏锂离子电池样品，也无需担心破坏后的样品在热失控过程中的高温高压带来密封性变差的问题。本方法测试简单快捷，测试结果可以为锂离子电池泄压阀的设计选型提供有力的指导，并对由锂离子电池组装成的样品内部设计提供有力的支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的锂离子电池固定机构的结构示意图。

图3为本发明实施例的压力测试结果曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语中心、纵向、横向、长度、宽度、厚度、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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。

此外，术语第一、第二仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有第一、第二的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，多个的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语安装、相连、连接、固定等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1-3所示，在一个实施例中，本发明的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置包括，

防爆箱1；

锂离子电池固定机构3，其设于所述防爆箱1内部，所述锂离子电池固定机构3包括，

测试平台12，

一对前后夹板7，其可移动地支承于所述测试平台12，所述前后夹板7包括平行对置的前夹板和后夹板，

第一丝杠9，其连接所述前夹板和/或后夹板，

第一电机，其经由第一联轴器10连接所述第一丝杠9以提供第一预紧力，

一对左右夹板13，其可移动地支承于所述测试平台12且位于所述一对前后夹板7之间，所述左右夹板13包括平行对置的左夹板和右夹板，

第二丝杠，其连接所述左夹板和/或右夹板，

第二电机11，其经由第二联轴器连接所述第二丝杠以提供第二预紧力；

待测试锂离子电池6，其设于所述一对前后夹板7和一对左右夹板13之间以在前后方向承受第一预紧力和在左右方向上承受第二预紧力，所述待测试锂离子电池6具有在垂直方向上的泄压阀；

热失控单元，其连接所述待测试锂离子电池6以触发所述待测试锂离子电池6热失控；

压力传感器8，其设于所述一对前后夹板7以实时测量所述待测试锂离子电池6的泄压压力；

冲击力传感器5，其设于所述泄压阀上方以测量泄压阀开启后从泄压阀喷射的冲击压力；

电控柜4，其设于所述防爆箱1外，所述电控柜4电连接所述第一电机、第二电机11、热失控单元、压力传感器8和冲击力传感器5，电控柜4发送指令到热失控单元以触发热失控，以及控制第一电机、第二电机产生第一预紧力和第二预紧力使得所述待测试锂离子电池6的体积在热失控过程中外壳形状保持不变，电控柜4连接所述压力传感器8和冲击力传感器5以采集在热失控过程中的泄压压力和冲击压力。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的优选实施例中，所述热失控单元设于所述待测试锂离子电池6的底部。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的优选实施例中，所述热失控单元包括连接待测试锂离子电池6的过充电器或者加热器。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的优选实施例中，所述电控柜4设有用于参数设置的控制面板2。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的优选实施例中，所述第一预紧力等于第二预紧力，进一步地，第一预紧力略大于第二预紧力。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的优选实施例中，所述压力传感器8设于第一丝杠9和所述前后夹板7之间。

在一个实施例中，所述左右夹板13的厚度小于或等于锂离子电池的厚度。第一电机和第二电机都具有止回部件，在测试过程中，电池会产生较大的反弹力，电机如果往回转了就容易测不准，进一步提高了测试的准确性。

在一个实施例中，锂离子电池泄压阀压力测试装置包括防爆箱1、电控柜4、控制面板2和防爆箱1内的锂离子电池固定机构3。将一块已满充的50Ah的锂离子电池安装在锂离子电池固定机构3中，调节电池大面中心对准压力传感器8，对锂离子电池连接好热失控触发单元，本次采用过充触发方式。在控制柜上设置预紧力30N，夹紧锂离子电池。调整冲击力传感器5调节在泄压阀正上方5cm处，启动传感器记录，启动过充触发锂离子电池热失控，记录整个热失控触发过程中锂离子电池与夹板之间压力变化以及泄压阀开启后冲击力，计算出泄压过程内部压强及冲击压力，结果如附图3。

在一个实施例中，锂离子电池泄压阀压力测试装置包括防爆箱1、电控柜4、控制面板2和位于防爆箱1内部的锂离子电池固定机构3。所述的锂离子电池固定机构3通过所述的电控柜4控制，在所述的控制面板2上进行参数设置。所述的防爆箱1的主要作用是保障电池在失控过程中人员的安全。进一步的，所述的锂离子电池固定机构3如附图2所示。由前后夹板7、左右夹板13将锂离子电池固定在样品台上，通过过充或者加热方式将锂离子电池触发热失控。所述的前后夹板7、左右夹板13是通过丝杠、联轴器连接电提供紧固力，预先为给锂离子电池提供一定的固定预紧力，实现锂离子电池在热失控过程中外壳形状保持不变，内部压力平缓升高后突破泄压阀。所述的前后夹板7上，布置有压力传感器8，可用于实时测量锂离子电池热失控过程中内部压力变化。所述的压力传感器8，布置于丝杠和前后夹板7之间。所述的锂离子电池泄压阀上方，布置冲击力传感器5，用于测量泄压阀开启后从泄压阀喷射出来的高压气体的冲击压力。

所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的测试方法包括以下步骤，

步骤1，待测试锂离子电池6荷电状态SOC调整至100％，检查电池外观平整；

步骤2，将锂离子电池安装在一对前后夹板7中，调节锂离子电池高度，一对左右夹板13在一对前后夹板7之间夹持锂离子电池，调整冲击力传感器5的位置，使其在锂离子电池的泄压阀正上方；

步骤3，在控制界面上设定第一预紧力和第二预紧力，一对前后夹板7和一对左右夹板13分别在前后方向和左右方向以第一预紧力和第二预紧力夹紧锂离子电池以保持；

步骤4，启动传感器记录，触发锂离子电池热失控，压力传感器8和冲击力传感器5测量锂离子电池在热失控触发过程中电池内部压力及泄压阀喷发压力，其中，锂离子电池在热失控触发过程中外壳形状保持不变。

所述的测试方法的优选实施方式中，所述压力传感器8位于锂离子电池的前表面中心。

所述的测试方法的优选实施方式中，所述第一预紧力和第二预紧力分别为1～400N。

所述的测试方法的优选实施方式中，所述冲击力传感器5处于泄压阀上方0～20cm。

所述的测试方法的优选实施方式中，方法包括，

步骤1，将锂离子电池SOC调整至100％，检查电池外观平整；

步骤2，将锂离子电池安装在前后夹板7中，调节好样品高度，连接好样品信息采集线路和热失控触发线路。

步骤3，在控制界面上设定气缸预紧力，启动控制程序，夹紧锂离子电池。

步骤4，调整冲击力传感器5的位置，使其在锂离子电池泄压阀正上方。

步骤5，启动传感器记录软件，触发锂离子电池热失控，记录锂离子电池在热失控触发过程中电池内部压力及泄压阀喷发压力。

步骤6，根据记录结果，计算锂离子电池泄压压力及冲击压力。进一步的，所述的步骤1中SOC调整至100％SOC，其截止电流小于等于1/3C；电池外观平整，其主要特征为电池四面，无臌胀、无凹陷。

进一步的，所述的步骤2中样品高度，需要确保前后夹板7处布置的力传感器位于锂离子电池大面中心区域。进一步的，所述的步骤3中气缸预紧力的设置，其作用是控制夹板与锂离子电池表面完全接触，而且不会过压，导致锂离子电池表面凹陷。进一步的，所述的步骤5中触发锂离子热失控的方法，可以是过充或者加热中的一种。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种锂离子电池泄压阀压力测试装置，其特征在于，其包括：

防爆箱；

锂离子电池固定机构，其设于所述防爆箱内部，所述锂离子电池固定机构包括，

测试平台，

一对前后夹板，其可移动地支承于所述测试平台，所述前后夹板包括平行对置的前夹板和后夹板，

第一丝杠，其连接所述前夹板和/或后夹板，

第一电机，其经由第一联轴器连接所述第一丝杠以提供第一预紧力，

一对左右夹板，其可移动地支承于所述测试平台且位于所述一对前后夹板之间，所述左右夹板包括平行对置的左夹板和右夹板，

第二丝杠，其连接所述左夹板和/或右夹板，

第二电机，其经由第二联轴器连接所述第二丝杠以提供第二预紧力；

待测试锂离子电池，其设于所述一对前后夹板和一对左右夹板之间以在前后方向承受第一预紧力和在左右方向上承受第二预紧力，所述待测试锂离子电池具有在垂直方向上的泄压阀；

热失控单元，其连接所述待测试锂离子电池以触发所述待测试锂离子电池热失控；

压力传感器，其设于所述一对前后夹板以实时测量所述待测试锂离子电池的泄压压力；

冲击力传感器，其设于所述泄压阀上方以测量泄压阀开启后从泄压阀喷射的冲击压力；

电控柜，其设于所述防爆箱外，所述电控柜电连接所述第一电机、第二电机、热失控单元、压力传感器和冲击力传感器，电控柜发送指令到热失控单元以触发热失控，以及控制第一电机、第二电机产生第一预紧力和第二预紧力使得所述待测试锂离子电池的体积在热失控过程中外壳形状保持不变，电控柜连接所述压力传感器和冲击力传感器以采集在热失控过程中的泄压压力和冲击压力。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置，其特征在于，所述热失控单元设于所述待测试锂离子电池的底部。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置，其特征在于，所述热失控单元包括连接待测试锂离子电池的过充电器或者加热器。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置，其特征在于，所述电控柜设有用于参数设置的控制面板。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置，其特征在于，所述第一预紧力等于第二预紧力。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置，其特征在于，所述压力传感器设于第一丝杠和所述前后夹板之间。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种锂离子电池泄压阀压力测试装置的测试方法，其特征在于，其包括以下步骤，

步骤1，待测试锂离子电池荷电状态SOC调整至100％，检查电池外观平整；

步骤2，将锂离子电池安装在一对前后夹板中，调节锂离子电池高度，一对左右夹板在一对前后夹板之间夹持锂离子电池，调整冲击力传感器的位置，使其在锂离子电池的泄压阀正上方；

步骤3，在控制界面上设定第一预紧力和第二预紧力，一对前后夹板和一对左右夹板分别在前后方向和左右方向以第一预紧力和第二预紧力夹紧锂离子电池以保持；

步骤4，启动传感器记录，触发锂离子电池热失控，压力传感器和冲击力传感器测量锂离子电池在热失控触发过程中电池内部压力及泄压阀喷发压力，其中，锂离子电池在热失控触发过程中外壳形状保持不变。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述压力传感器位于锂离子电池的前表面中心。

9.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述第一预紧力和第二预紧力分别为1～400N。

10.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述冲击力传感器处于泄压阀上方0～20cm。

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