CN115792659A - 一种电池热失控测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池热失控测试装置及测试方法，属于电池热失控测试领域。该测试装置包括：绝热箱体，所述绝热箱体内设置待测试的电芯，所述电芯通过夹紧机构固定，所述电芯上设有防爆阀以及至少一个温度传感器；加热装置，用于加热所述电芯和/或所述绝热箱体；防爆箱体，所述防爆箱体与所述电芯的防爆阀通过排气管路连通，所述防爆箱内设有至少一个压力传感器，所述防爆箱体上设有惰性气体充气阀。本发明能够同时进行电芯热失控后电芯本体自发热温升测试和热失控排气测试，节省试验电芯，提高了试验效率，且结构设计合理，测试环境与实际状态接近，测试准确性较高。

Description

一种电池热失控测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车电池热失控领域，特别涉及一种电池热失控测试装置。

背景技术

新能源汽车，以电代油，减少排放，既符合我国的国情，也代表了世界汽车产业发展的方向。新能源汽车如雨后春笋般迅速发展起来，随着新能源车的市场占有率越来越高，新能源车的自燃事件也越来越多。新能源车的自燃主要由电池自燃引起，电池的能量密度越大安全隐患越大，越容易发生自燃。在设计新能源汽车时，通常会假设最坏的情况：自燃事件发生，如何监测热失控，如何延缓爆炸，如何给乘员足够的逃生时间，都是需要在设计阶段需要提前考虑的问题。

新能源车自燃事件的源头是某个电芯或多个电芯热失控，因此必须对单个电芯的热失控性能有充分的了解，电芯热失控后电芯进入不受控的剧烈化学反应状态，释放大量热能，同时会伴有剧烈的有毒气体排出和燃烧过程，通过试验的方式对这一个过程进行测试，有利于了解整个热失控过程，得到电芯自发热量曲线，温升数据，排气量数据，排气物质成分等等，为CAE仿真提供技术支持，同时为整车电池包设计方案提供支持。因此，提供一种能够模拟车载运行环境，能够同时进行电芯自发热温升测试和热失控排气测试的电池热失控测试装置成为本领域技术人员要解决的技术问题。

发明内容

基于此，本发明提供一种能够将电芯热失控后电芯本体自发热温升测试和热失控排气测试合二为一的多功能电池热失控测试装置。

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种电池热失控测试装置，包括：绝热箱体，所述绝热箱体内设置待测试的电芯，所述电芯通过夹紧机构固定，所述电芯上设有防爆阀以及至少一个温度传感器；加热装置，用于加热所述电芯和/或所述绝热箱体；防爆箱体，所述防爆箱体与所述电芯的防爆阀通过排气管路连通，所述防爆箱内设有至少一个压力传感器，所述防爆箱体上设有惰性气体充气阀。

本发明的部分实施方式中，还包括用于收集经防爆阀喷出的高温气体的气体收集组件，所述气体收集组件包括至少一条气体收集管路，所述气体收集管路与所述排气管路连通，所述气体收集管路上设置气体收集瓶以及位于气体收集瓶两侧的第一电磁阀与第二电磁阀，所述第一电磁阀控制所述气体收集瓶与排气管路之间的连通，所述第二电磁阀控制气体收集瓶与外界的连通。

本发明的部分实施方式中，所述气体收集管路可拆卸地连接于所述排气管路上。

本发明的部分实施方式中，所述夹紧机构包括上夹紧板、下夹紧板，以及用于将所述电芯夹紧于上夹紧板与下夹紧板之间的紧固组件。

本发明的部分实施方式中，所述加热装置包括位于所述上夹紧板与所述电芯之间的第一加热板和/或位于所述电芯与所述下夹紧板之间的第二加热板。

本发明的部分实施方式中，所述绝热箱体底部设置称重装置，所述称重装置与所述绝热箱体之间设置隔振装置。

本发明的部分实施方式中，所述排气管路包括依次连接的第一管段、第二管段与第三管段，所述第一管段与所述防爆阀连接，所述第一管段为喇叭管，所述第二管段为软管，所述第三管段与所述防爆箱体连接，所述第三管段为刚性直管。

本发明同时提供一种采用电池热失控测试装置的测试方法，包括如下步骤：打开惰性气体充气阀，向防爆箱体与绝热箱体内充入惰性气体；

控制加热装置使所述电芯进入热失控状态，以第一采样频率记录所述防爆箱体的压力值，以第二采样频率记录所述电芯上的温度值。

本发明的部分实施方式中，所述测试装置包括用于收集经过防爆阀喷出的高温气体的气体收集组件，所述气体收集组件包括至少一条气体收集管路，所述气体收集管路与所述排气管路连通，所述气体收集管路上设置气体收集瓶以及位于气体收集瓶两侧的第一电磁阀与第二电磁阀，所述第一电磁阀控制所述气体收集瓶与排气管路之间的连通，所述第二电磁阀控制气体收集瓶与外界的连通；

所述打开惰性气体充气阀，向防爆箱体与绝热箱体内充入惰性气体进一步包括：打开惰性气体充气阀，打开所述第一电磁阀与第二电磁阀，使惰性气体进入防爆箱体、绝热箱体以及所述气体收集瓶内，第一设定时间后，关闭所述第一电磁阀，并使气体收集管路接通抽真空装置，启动抽真空装置，使气体收集瓶处于真空状态，关闭所述第二电磁阀。

本发明的部分实施方式中，所述气体收集管路设置若干个，控制加热装置使所述电芯进入热失控状态，控制若干所述气体收集管路上的第一电磁阀按一定时间间隔依次打开，并在打开后第二设定时间后关闭。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

本发明提供的电池热失控测试装置中，包括容置电芯的绝热箱体以及与电芯防爆阀连通的防爆箱体，模拟车载电芯所处环境，通过电芯上设置温度传感器以及在防爆箱体内布置压力传感器，能够同时进行电芯热失控后电芯本体自发热温升测试和热失控排气测试，解决了现有两个试验分别进行时得到的试验数据在时间轴上无法匹配的问题，节省试验电芯，提高了试验效率，且结构设计合理，测试环境与实际状态接近，测试准确性较高。

附图说明

下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:

图1为本发明电池热失控测试装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明电池热失控测试装置的一种具体实施方式中电芯与夹紧机构及排气管路的连接结构示意图；

图3为本发明电池热失控测试装置的一种具体实施方式的局部剖视图；

图4为本发明电池热失控测试装置中电芯的一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示为本发明提供的电池热失控测试装置的一种具体实施方式，包括：绝热箱体1，所述绝热箱体1内设置待测试的电芯2，如图2所示，所述电芯2通过夹紧机构3固定，所述电芯2上设有防爆阀21以及至少一个温度传感器5；用于加热所述电芯2和/或所述绝热箱体1的加热装置，以使电芯2处于热失控状态；以及与所述电芯2的防爆阀21通过排气管路4连通防爆箱体7，所述防爆箱内设有至少一个压力传感器(图中未示出)，用于监测电芯2处于热失控状态后产生的高温高压气体的压力，所述防爆箱体7设有惰性气体充气阀6，用于在测试开始前向绝热箱体1与防爆箱体7充入惰性气体，以使电芯2所处环境模拟车载环境，以使测试结果准确。

上述电池热失控测试装置模拟车载电芯2所处环境，通过在绝热箱体1内的电芯2上设置温度传感器5以及在防爆箱体7内布置压力传感器，能够同时进行电芯热失控后电芯本体自发热温升测试和热失控排气测试，解决了现有两个试验分别进行时得到的试验数据在时间轴上无法匹配的问题，节省试验电芯2，提高了试验效率，且结构设计合理，测试环境与实际状态接近，测试准确性较高。

具体地，一种可选的实施方式中，如图4所示，所述电芯2的表面及电极上布有多个温度传感器5，以检测电芯2处于热失控状态下不同位置处的温度值。

具体地，一种可选的实施方式中，上述测试装置还包括用于收集经防爆阀21喷出的高温气体的气体收集组件8，如图1所示，所述气体收集组件8包括至少一条气体收集管路81，所述气体收集管路81与所述排气管路4连通，所述气体收集管路81上设置气体收集瓶82以及位于气体收集瓶82两侧的第一电磁阀83与第二电磁阀84，所述第一电磁阀83控制所述气体收集瓶82与排气管路4之间的连通，所述第二电磁阀84控制气体收集瓶82与外界的连通，通过设置气体收集组件8可以在电芯热失控后收集不同时刻经防爆阀21喷出的高温气体，得到不同时刻的气体组分和他们各自所占比例。

具体地，一种可选的实施方式中，所述气体收集管路81可拆卸地连接于所述排气管路4上，具体地，所述排气管路4上设置若干管接头45，气体收集管路81可拆卸地连接于管接头45上。当气体收集管路81上的气体收集瓶82收集到高温气体后，则可将气体收集管路81拆卸下来，以便进行气体成份的检测。

具体地，一种可选的实施方式中，如图3所示，所述夹紧机构3包括上夹紧板31、下夹紧板32，以及用于将所述电芯2夹紧于上夹紧板31与下夹紧板32之间的紧固组件33，通过上述夹紧机构3可使电芯2沿水平方向布置，其可以消除电芯2排气产生的冲击对电芯2实时重量测量的影响。

具体地，一种可选的实施方式中，如图3所示，所述加热装置包括位于所述上夹紧板31与所述电芯2之间的第一加热板91和/或位于所述电芯2与所述下夹紧板32之间的第二加热板92，通过控制第一加热板91以实现对电芯2上侧面的加热以最终使电芯2处于热失控状态，通过控制第二加热板92以实现对电芯2下侧面的加热以最终使电芯2处于热失控状态。更具体地，所述第一加热板91与所述上夹紧板31之间以及第二加热板92与下夹紧板32之间设置绝热层93，一方面防止热量从上夹紧板31与下夹紧板32处流失以提高加热效率，另一方面避免防止上夹紧板31与下夹紧板32过热后变形等因素导致无法可靠夹紧电芯2，以使电芯2支撑稳定性下降。

具体地，一种可选的实施方式中，所述加热装置包括位于所述绝热箱体1内的第三加热装置(图中未示出)，所述第三加热装置可以采用安装于绝热箱体1内壁的加热板或安装于绝热箱体1内部空间并围绕电芯2设置的加热丝，其用于对绝热箱体1内部空间进行加热，以使电芯2处于热失控状态。

基于上述加热装置，所述电池热失控触发方式有三种：1.控制第三加热装置启动；2.控制第一加热板91与第二加热板92同时启动；3.控制第一加热板91或第二加热板92启动。采用以上任意一种热失控触发方式，使电芯2进入热失控状态。

一种可选的实施方式中，为了检测电芯2在热失控状态下的重量减少过程，所述绝热箱体1底部设置称重装置10，所述称重装置10与所述绝热箱体1之间设置隔振装置11，以尽量减小电芯热失控状态下的运动对称重装置10的影响。

具体地，一种可选的实施方式中，所述排气管路4包括依次连接的第一管段41、第二管段42与第三管段43，所述第一管段41与所述防爆阀21连接，所述第一管段41为喇叭管且为刚性管，由于第一管段41沿排气方向上气体流通截面逐渐扩大，能够将高温有毒气体导出，使其压力逐步降低，并有利于粉尘颗粒的沉降。所述第二管段42为软管，软管采用柔软的耐高温高压材料(例如但不限于：陶瓷硅橡胶)，第二管段42采用软管以将绝热箱体1与防爆箱在重力方向上进行受力隔离，防止气体收集组件8和防爆箱对电芯2重力变化的测量产生干扰。所述第三管段43与所述防爆箱体7连接，所述第三管段43为刚性直管，所述气体采集管路连接于所述第三管段43上。

具体地，一种可选的实施方式中，所述排气管路4内设置多个温度传感器5，所述温度传感器5能够记录气体温度随时间的变化数据。

本发明同时提供采用上电池热失控测试装置的测试方法的具体实施方式，包括如下步骤：

S1.准备阶段：打开惰性气体充气阀6，向防爆箱体7与绝热箱体1内充入惰性气体，以模拟车载电芯2所处环境；

S2.测试阶段：控制加热装置使所述电芯2进入热失控状态，以第一采样频率记录所述防爆箱体7的压力值，以第二采样频率记录所述电芯2上的温度值；其中，第一采样频率与第二采样频率可以相同也可以不同，通过同时进行电芯热失控后电芯2本体自发热温升测试和热失控排气测试，解决了现有两个试验分别进行时得到的试验数据在时间轴上无法匹配的问题，由于测试环境与实际状态接近，测试准确性较高。

具体地，一种可选的实施方式中，步骤S1中，打开惰性气体充气阀6后，打开所述第一电磁阀83与第二电磁阀84，以使惰性气体进入防爆箱体7与绝热箱体1，空气沿气体收集管路81排出，同时，惰性气体进入所述气体收集瓶82内；第一设定时间后，关闭所述第一电磁阀83，使气体收集瓶82与排气管路4断开，并使气体收集管路81接通抽真空装置，启动抽真空装置，使气体收集瓶82处于真空状态，关闭所述第二电磁阀84，以便电芯热失控后产生的高温高压气体快速充满所述气体收集瓶82。

具体地，一种可选的实施方式中，步骤S2中，控制加热装置使所述电芯2进入热失控状态，控制若干所述气体收集管路81上的第一电磁阀83按一定时间间隔依次打开，并在打开后第二设定时间后关闭。具体地，可以根据系统指令在不同时刻打开不同气体收集管路81上的第一电磁阀83，并在一定时间(例如打开后3-5s)后关闭，可以使气体收集瓶82收集不同时刻的排气气体组分。试验结束后，气体收集瓶82可以从排气管路4的接头处取下送检，得到不同时刻的气体组分和他们各自所占比例。

同时，在控制加热装置启动后，以第三采样频率记录所述称重装置10的重量值，以检测电芯2在热失控状态下的重量减少过程；以第四采样频率记录排气管路4上的温度传感器5，以检测经防爆阀21排出的气体温度随时间的变化数据。

通过上述检测装置能够得到热失控后电芯2表面随时间的温升数据，热失控后电芯2本体重量减少随时间的变化数据，电芯2喷出气体温度随时间的变化数据，对不同时刻电芯2喷出气体进行采样，可以通过气相色谱仪，质谱仪，傅里叶红外光谱仪(本专利不包含这三种仪器)，得到不同时刻电芯2喷出气体的物质成分及其所占比例。能够得到防爆箱内电芯2喷出气体压力随时间的变化数据，进而通过仿真计算得到喷出气体的流量随时间的变化数据。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电池热失控测试装置，其特征在于，包括：

绝热箱体，所述绝热箱体内设置待测试的电芯，所述电芯通过夹紧机构固定，所述电芯上设有防爆阀以及至少一个温度传感器；

加热装置，用于加热所述电芯和/或所述绝热箱体；

防爆箱体，所述防爆箱体与所述电芯的防爆阀通过排气管路连通，所述防爆箱内设有至少一个压力传感器，所述防爆箱体上设有惰性气体充气阀。

2.根据权利要求1所述的一种电池热失控测试装置，其特征在于：

还包括用于收集经防爆阀喷出的高温气体的气体收集组件，所述气体收集组件包括至少一条气体收集管路，所述气体收集管路与所述排气管路连通，所述气体收集管路上设置气体收集瓶以及位于气体收集瓶两侧的第一电磁阀与第二电磁阀，所述第一电磁阀控制所述气体收集瓶与排气管路之间的连通，所述第二电磁阀控制气体收集瓶与外界的连通。

3.根据权利要求2所述的一种电池热失控测试装置，其特征在于：

所述气体收集管路可拆卸地连接于所述排气管路上。

4.根据权利要求1所述的一种电池热失控测试装置，其特征在于：

所述夹紧机构包括上夹紧板、下夹紧板，以及用于将所述电芯夹紧于上夹紧板与下夹紧板之间的紧固组件。

5.根据权利要求4所述的一种电池热失控测试装置，其特征在于：

所述加热装置包括位于所述上夹紧板与所述电芯之间的第一加热板和/或位于所述电芯与所述下夹紧板之间的第二加热板。

6.根据权利要求1所述的一种电池热失控测试装置，其特征在于：

所述绝热箱体底部设置称重装置，所述称重装置与所述绝热箱体之间设置隔振装置。

7.根据权利要求1所述的一种电池热失控测试装置，其特征在于：

所述排气管路包括依次连接的第一管段、第二管段与第三管段，所述第一管段与所述防爆阀连接，所述第一管段为喇叭管，所述第二管段为软管，所述第三管段与所述防爆箱体连接，所述第三管段为刚性直管。

8.一种权利要求1-7任一所述电池热失控测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

打开惰性气体充气阀，向防爆箱体与绝热箱体内充入惰性气体；

控制加热装置使所述电芯进入热失控状态，以第一采样频率记录所述防爆箱体的压力值，以第二采样频率记录所述电芯上的温度值。

9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于：

所述测试装置包括用于收集经过防爆阀喷出的高温气体的气体收集组件，所述气体收集组件包括至少一条气体收集管路，所述气体收集管路与所述排气管路连通，所述气体收集管路上设置气体收集瓶以及位于气体收集瓶两侧的第一电磁阀与第二电磁阀，所述第一电磁阀控制所述气体收集瓶与排气管路之间的连通，所述第二电磁阀控制气体收集瓶与外界的连通；

所述打开惰性气体充气阀，向防爆箱体与绝热箱体内充入惰性气体进一步包括：打开惰性气体充气阀，打开所述第一电磁阀与第二电磁阀，使惰性气体进入防爆箱体、绝热箱体以及所述气体收集瓶内，第一设定时间后，关闭所述第一电磁阀，并使气体收集管路接通抽真空装置，启动抽真空装置，使气体收集瓶处于真空状态，关闭所述第二电磁阀。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于：

所述气体收集管路设置若干个，控制加热装置使所述电芯进入热失控状态，控制若干所述气体收集管路上的第一电磁阀按一定时间间隔依次打开，并在打开后第二设定时间后关闭。

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