CN207800818U - 模拟电池内短路触发装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟电池内短路触发装置，包括植入电池内部的短路装置；所述短路装置包括第一导电片、第二导电片、第三导电片和相变材料，所述第一导电片、相变材料、第二导电片和第三导电片依次顺序连接；所述第一导电片设于正极片上，所述第二导电片置于隔膜的通孔内，所述第三导电片设于负极片上，所述相变材料将第一导电片和第二导电片阻隔开；所述通孔尺寸小于相变材料尺寸。本实用新型提供了一种模拟电池内短路触发装置，该装置通过设置第三导电片，保证了短路模拟的百分百实现；通过对正、负极片去活性材料处理，实现了电池在常规工作温度范围内多种内短路方式的模拟；且装置植入电池的位置可调，使短路起始发生位置可自行调节。
Description
技术领域
本实用新型属于电池安全及电动汽车安全技术领域，具体涉及一种模拟单体电池内短路触发装置。
背景技术
随着电动汽车的崛起，为锂离子动力电池的需求带来快速增长，随之而来的是电池在安全性能上的强烈需求。随着电池能量密度的提升，电池的安全问题变得日益突出，绝大多数的电动汽车的安全事故，根本原因都是由于电池发生内短路引发的热失控。尽管单颗电池发生内短路的概率极低，但电动车上的电池包由上千颗电池组成，当单颗电池出现自发内短路甚至引起热失控就有可能会造成极大的安全事故，因为热失控会产生“电池到电池”的热传播蔓延，引发更大规模的热失控。内短路成因复杂、难以预测和诊断，目前来说无法从电池制作工艺上彻底解决，只能通过电池包的结构设计将单体电池内短路引发的热失控所产生的热量快速扩散，避免热积聚发生热蔓延。内部短路的不可控，无法直接对内短路引发的故障进行真实有效的模拟，不利于单体电池和电池包的可靠性验证。
现有的技术和测试方法中，多采用在制造过程中植入破损隔膜或金属屑、粉尘的方式造成内短路，这些方式所引起的内短路，难以控制其严重程度和发生时间，不利于内短路的模拟和验证。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种模拟电池内短路触发装置，该装置通过设置第三导电片，保证了短路模拟的百分百实现，有效的克服相变材料熔化后被隔膜吸收，导致隔膜厚度增加，第二导电片与负极片无法接触，致使短路模拟无法实现的问题；通过对正、负极片去活性材料处理，实现了电池在常规工作温度范围内多种内短路方式的模拟；且装置植入电池的位置可调，实现了短路起始发生位置可自行调节的目的。
本实用新型所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本实用新型中的模拟电池内短路触发装置，包括植入电池内部的短路装置；
所述短路装置包括第一导电片、第二导电片、第三导电片和相变材料，所述第一导电片、相变材料、第二导电片和第三导电片依次顺序连接；所述第一导电片设于正极片上，所述第二导电片置于隔膜的通孔内，所述第三导电片设于负极片上，所述相变材料将第一导电片和第二导电片阻隔开；所述通孔尺寸小于相变材料尺寸。
所述第一导电片、第二导电片和第三导电片用于导电，所述相变材料用于阻隔第一导电片和第二导电片；当电池外部达到一定的温度后，相变材料熔化，第一导电片与第二、第三导电片依次相连，从而使正极片与负极片相通，造成电池内短路；所述第三导电片的设置可有效的克服相变材料熔化后被隔膜吸收，导致隔膜厚度增加，第二导电片与负极片无法接触，致使短路模拟无法实现的问题；所述通孔尺寸小于相变材料尺寸，可有效地保证相变材料将第一导电片和第二导电片完全的阻隔开，避免第一导电片与第二、第三导电片接触导电，形成短路。
进一步地，所述正极片和/或负极片接触隔膜一侧不包括活性材料，即可根据实验需求对正极片和/或负极片进行去活性材料处理；当正极片和负极片均不做去活性材料处理时，该短路装置可有效的模拟正极活性材料和负极活性材料的短路状态；当正极片去活性材料处理，负极片不做去活性材料处理时，该短路装置可有效的模拟正极集流体和负极活性材料的短路状态；当正极片不做去活性材料处理，负极片去活性材料处理时，该短路装置可有效的模拟正极活性材料和负极集流体的短路状态；当正极片和负极片均去活性材料处理时，该短路装置可有效的模拟正极集流体和负极集流体的短路状态。
进一步地，所述第一导电片、第二导电片和第三导电片均为导电的金属或合金材质，具有良好的导电性能和高电流承受能力，电化学和化学稳定性良好。
进一步地，所述相变材料为石蜡；石蜡为高温不发生化学分解的绝缘材料，具有良好的化学稳定性和热稳定性；优选地，熔点为54-64℃的石蜡。
进一步地，所述第一导电片和相变材料的尺寸为正极片的1/500-1/800，所述第三导电片的尺寸为负极片的1/500-1/800，既能保证第一导电片、第三导电片和相变材料可与极片一同卷绕成卷芯，又能保证相变材料的尺寸不至于过大，使装置正常稳定的前提下尽量减少电池容量的损失；所述第二导电片的尺寸为相变材料尺寸的1/10-1/6，第一导电片和相变材料的尺寸一致，而第二导电片的尺寸小于相变材料，可有效地保证相变材料可将第一导电片和第二导电片完全的阻隔开。
进一步地，所述第一导电片的厚度为正极片单面活性材料压实厚度，所述第三导电片的厚度为负极片单面活性材料压实厚度，第二导电片和相变材料的厚度为第一导电片厚度的1/4-1/3；可有效地保证第一导电片、第二导电片、第三导电片和相变材料能与极片一同卷绕成卷芯，不影响电池的制作。
进一步地，所述电池外部设有加热装置和多个固定于电池表面并远离加热装置的耐高温热电偶；所述加热装置用于触发短路装置；所述热电偶用于采集短路装置触发后电池表面的温度，设置多个热电偶采集多组数据可进一步保证数据的准确性；所述热电偶远离加热装置可避免热电偶因加热装置而造成数据误差，优选耐高温的K型、B型、R型或S型铠装热电偶，具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用的优点。
进一步地，所述加热装置为缠绕在电池表面的加热电阻丝或恒温加热箱，所述加热电阻丝接通恒流源；所述加热装置均可由操作人员自行调节，方便可控。
进一步地，所述加热电阻丝为NiGr合金，其高温强度高，可塑性强。
进一步地，所述恒温加热箱的升温速率为3-10K/min。
本实用新型具有以下优点：
本实用新型提供了一种模拟电池内短路触发装置，该装置通过设置第三导电片，保证了短路模拟的百分百实现，有效的克服相变材料熔化后被隔膜吸收，导致隔膜厚度增加，第二导电片与负极片无法接触，致使短路模拟无法实现的问题；通过对正、负极片去活性材料处理，实现了电池在常规工作温度范围内多种内短路方式的模拟；且装置植入电池的位置可调，实现了短路起始发生位置可自行调节的目的。
附图说明
图1为本实用新型中模拟电池内短路触发装置的总体效果图。
图2为本实用新型中短路装置与极片的装配结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
本实用新型的实施例中的模拟电池内短路触发装置如附图1、2所示，包括植入电池2内部的短路装置1；
短路装置包括第一导电片101、第二导电片103、第三导电片104和相变材料102，第一导电片、相变材料、第二导电片和第三导电片依次顺序连接；第一导电片设于正极片5上，第二导电片置于隔膜6的通孔601内，第三导电片设于负极片7上，相变材料将第一导电片和第二导电片阻隔开；通孔尺寸小于相变材料尺寸。
第一导电片、第二导电片和第三导电片用于导电，相变材料用于阻隔第一导电片和第二导电片；当电池外部达到一定的温度后，相变材料熔化，第一导电片与第二、第三导电片依次相连，从而使正极片与负极片相通，造成电池内短路；第三导电片的设置可有效的克服相变材料熔化后被隔膜吸收，导致隔膜厚度增加，第二导电片与负极片无法接触，致使短路模拟无法实现的问题；通孔尺寸小于相变材料尺寸，可有效地保证相变材料将第一导电片和第二导电片完全的阻隔开，避免第一导电片与第二、第三导电片接触导电，形成短路。
正极片5和/或负极片7接触隔膜一侧不包括活性材料，即可根据实验需求对正极片和/或负极片进行去活性材料处理；当正极片和负极片均不做去活性材料处理时，该短路装置可有效的模拟正极活性材料和负极活性材料的短路状态；当正极片去活性材料处理，负极片不做去活性材料处理时，该短路装置可有效的模拟正极集流体和负极活性材料的短路状态；当正极片不做去活性材料处理，负极片去活性材料处理时，该短路装置可有效的模拟正极活性材料和负极集流体的短路状态；当正极片和负极片均去活性材料处理时，该短路装置可有效的模拟正极集流体和负极集流体的短路状态。
第一导电片101、第二导电片103和第三导电片104均为导电的金属或合金材质，具有良好的导电性能和高电流承受能力，电化学和化学稳定性良好。相变材料102为石蜡；石蜡为高温不发生化学分解的绝缘材料，具有良好的化学稳定性和热稳定性；优选地，熔点为54-64℃的石蜡。
第一导电片101和相变材料102的尺寸为正极片5的1/500-1/800，第三导电片104的尺寸为负极片7的1/500-1/800，既能保证第一导电片、第三导电片和相变材料可与极片一同卷绕成卷芯，又能保证相变材料的尺寸不至于过大，使装置正常稳定的前提下尽量减少电池容量的损失；第二导电片103的尺寸为相变材料102尺寸的1/10-1/6，第一导电片和相变材料的尺寸一致，而第二导电片的尺寸小于相变材料，可有效地保证相变材料可将第一导电片和第二导电片完全的阻隔开。第一导电片101的厚度为正极片5单面活性材料压实厚度，第三导电片104的厚度为负极片7单面活性材料压实厚度，第二导电片103和相变材料102的厚度为第一导电片101厚度的1/4-1/3；可有效地保证第一导电片、第二导电片、第三导电片和相变材料能与极片一同卷绕成卷芯，不影响电池的制作。
电池2外部设有加热装置和多个固定于电池表面并远离加热装置的耐高温热电偶4；加热装置用于触发短路装置，热电偶用于采集短路装置触发后电池表面的温度，设置多个热电偶采集多组数据可进一步保证数据的准确性；热电偶远离加热装置可避免热电偶因加热装置而造成数据误差，优选耐高温的K型、B型、R型或S型铠装热电偶，具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用的优点。加热装置为缠绕在电池表面的加热电阻丝3或恒温加热箱，加热电阻丝3接通恒流源；加热装置均可由操作人员自行调节，方便可控。加热电阻丝为NiGr合金，其高温强度高，可塑性强。恒温加热箱的升温速率为3-10K/min。
本实用新型的实施例中的模拟电池内短路触发装置的具体实施例如下：
实施例1：卷芯的处理
A、极片卷绕前，可对正极片5和/或负极片7进行去正极活性材料处理，去正极活性材料位置501和去负极活性材料位置701可根据实验需要进行定位，然后按工艺文件将处理后的极片卷绕成卷芯；再将卷绕完的卷芯拆解，在去活性材料位置所对应的隔膜处开孔，为了确保通孔601位置正对去活性材料位置，操作之前需做好位置对应标记。
B、将卷绕好的卷芯拆解，确定好短路装置1装配位置后，可对正极片或负极片进行去活性材料处理，并在去活性材料位置正对的隔膜6上开孔。
实施例2：相变材料的处理
短路装置1在植入电池2前，相变材料102可以预先固定在第一导电片101上，但不局限于预先固定，可以分开植入。
实施例3：短路装置的植入
按照图1组件顺序所示，将第一导电片101设于正极片5上，第三导电片104设于负极片7上，根据实验的需求对正、负极片进行去活性材料处理，使第一导电片和第三导电片与正、负极的活性材料或集流体紧密接触；然后将开孔处理的隔膜6复位，并在通孔601正中间放入第二导电片103，各组件之间用胶水固定好，将卷芯复卷，转入后续制作工序直至实验电池制作完成, 实验电池装配工序涉及的温湿度要求均满足同型号电池产线制作工艺文件要求。
实施例4：装置触发
两种触发内短路方式：
A、实验电池用标准充电方式充电，固定在恒温加热箱内，设定升温速率为3-10K/min，对电池进行加热，升温上限为相变材料熔点，超过相变材料熔点即停止加热。
B、实验电池用标准充电方式充电，按实验需要将加热电阻丝3缠绕在电池表面，接通恒流源进行加热，当温度超过相变材料熔点时即停止加热。
本实用新型的实施例中的模拟电池内短路触发装置，触发可控程度高，无论是起始发生位置还是触发条件都可以调节，而且不受锂电池结构约束，可广泛的应用于圆柱电池、方形电池、软包电池或电芯结构中，其模拟程度高，与实际情况下电池自发内短路状况非常接近，为电池厂家在安全设计电池和电池包提供了关键数据测试方案，有利于电池的安全研究。
从上述实施例的方案可以看出，本实用新型提供了一种模拟电池内短路触发装置，该装置通过设置第三导电片，保证了短路模拟的百分百实现，有效的克服相变材料熔化后被隔膜吸收，导致隔膜厚度增加，第二导电片与负极片无法接触，致使短路模拟无法实现的问题；通过对正、负极片去活性材料处理，实现了电池在常规工作温度范围内多种内短路方式的模拟；且装置植入电池的位置可调，实现了短路起始发生位置可自行调节的目的。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种模拟电池内短路触发装置，其特征在于：包括植入电池内部的短路装置；
所述短路装置包括第一导电片、第二导电片、第三导电片和相变材料，所述第一导电片、相变材料、第二导电片和第三导电片依次顺序连接；所述第一导电片设于正极片上，所述第二导电片置于隔膜的通孔内，所述第三导电片设于负极片上，所述相变材料将第一导电片和第二导电片阻隔开；所述通孔尺寸小于相变材料尺寸。
2.如权利要求1所述模拟电池内短路触发装置，其特征在于：所述正极片和/或负极片接触隔膜一侧不包括活性材料。
3.如权利要求1所述模拟电池内短路触发装置，其特征在于：所述第一导电片、第二导电片和第三导电片均为导电的金属或合金材质。
4.如权利要求1所述模拟电池内短路触发装置，其特征在于：所述相变材料为石蜡。
5.如权利要求1所述模拟电池内短路触发装置，其特征在于：所述第一导电片和相变材料的尺寸为正极片的1/500-1/800，所述第三导电片的尺寸为负极片的1/500-1/800，所述第二导电片的尺寸为相变材料尺寸的1/10-1/6。
6.如权利要求1所述模拟电池内短路触发装置，其特征在于：所述第一导电片的厚度为正极片单面活性材料压实厚度，所述第三导电片的厚度为负极片单面活性材料压实厚度，第二导电片和相变材料的厚度为第一导电片厚度的1/4-1/3。
7.如权利要求1所述模拟电池内短路触发装置，其特征在于：所述电池外部设有加热装置和多个固定于电池表面并远离加热装置的耐高温热电偶。
8.如权利要求7所述模拟电池内短路触发装置，其特征在于：所述加热装置为缠绕在电池表面的加热电阻丝或恒温加热箱。
9.如权利要求8所述模拟电池内短路触发装置，其特征在于：所述加热电阻丝接通恒流源，其材质为NiGr合金。
10.如权利要求8所述模拟电池内短路触发装置，其特征在于：所述恒温加热箱的升温速率为3-10K/min。
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