CN210720672U - 一种电池热冲击试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池热冲击试验装置，包括测试箱，还包括设于测试箱内的接触式加热机构，待测试电池设于所述接触式加热机构中，所述待测试电池测试面与所述接触式加热机构表面相贴合；测试时，对所述接触式加热机构进行加热，热量由所述接触式加热机构直接传导至所述待测试电池。本实用新型提供了一种与现有技术中循环热风加热方式完全不同的接触式加热机构对待测试电池进行热冲击测试，同时，通过设置电机和伸缩杆机构对待测试电池施加压力，对测试中电池的实际热失控状态进行深度模拟，使测试过程中的温度状态和压力状态完全符合实际情况，得到的测试结果更为准确。

Description

一种电池热冲击试验装置

技术领域

本实用新型属于电池测试领域，具体涉及一种电池热冲击试验装置。

背景技术

锂离子电池因具有容量高，循环寿命长等优点，已大量在电子产品中得到了广泛应用，例如智能手机、平板电脑、数码相机、电动玩具、电子导航仪、电动汽车以及储能等。近年来，装配有锂离子动力电池的电动汽车以极快的增长率逐渐取代传统燃油汽车，传统燃油车的市场逐渐缩小。

随着锂离子电池应用领域的逐渐扩大，由锂离子电池故障所引发的问题逐渐增多，尤其是锂离子电池在受到热冲击的情况下容易发生短路、燃烧、爆炸等危险状况。在我国通用的对锂离子电池安全性的研究和分析手段，如《GB/T31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》中对锂离子电池热冲击的试验方法为：将单体电池放入温度箱，按照5℃/min的速率由室温升至130℃±2℃，并保持此温度30min后停止加热，观察1h，整个测试过程中，要求测试时间内锂离子电池不起火不爆炸才视为测试合格。

上述测试过程使用现有技术中的普通电池热冲击试验机，利用试验机中的循环热风实现锂离子电池的升温和保温，从而观察电池受热后的状态。

上述测试方法存在以下问题：

(1)传统烤箱的热源与待测电池无直接接触，仅靠循环风传导热量，而热循环风加热效率低，电池温升慢、加热时间长且热量利用率低。传统烤箱热循环风，由于先用电加热使空气升温，然后再用热空气吹到电池表面给电池加热，所以空气的热容低，无论是烤箱给空气加热还是空气给电池加热，加热的速度都较慢，要将电池表面温度升到测试标准温度130℃，需要30min以上。而在实际的应用场景中，模组一支电池热失控，电池的温度会在短时间内(几分钟内)迅速上升，对模组中相邻电池的热量传递也会迅速增加，远远少于当前热冲击测试的加热时间，即测试中的加热情况与实际工况中电池热失控的温度状态完全不同。

(2)现有技术在测软包装锂离子电池时，当环境温度超过70℃后，由于电池内部电解液的气分和副反应，电池会产生较多的气体，引发电池膨胀，厚度膨胀可以达到200％-800％。在实际应用场景中，动力电池在模组中是紧密堆积，受热产气后电池的可膨胀空间是有限的，会提前触动外壳泄气，即测试中的加热情况与实际工况中电池热失控的压力状态完全不同。

(3)现有技术中测试方法设定加热测试的上限温度为130℃，实际电池热失控后的最高温度可以达到500-800℃。同时，高温热失控后锂离子电池会发生强烈的化学反应，不仅有可能发生燃爆，还会释放出大量的烟气。众所周知，火灾中的有毒烟气往往是造成人员伤亡的最直接原因，锂离子电池在故障中有毒烟气释放的检测分析对于综合评价其危险性非常重要。

总之，现有的普通电池热冲击试验机测试功能存在明显的局限性。

实用新型内容

为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种与现有技术中循环热风加热方式完全不同的接触式加热机构对待测试电池进行热冲击测试，同时，通过设置电机和伸缩杆机构对待测试电池施加压力，对测试中电池的实际热失控状态进行深度模拟，使测试过程中的温度状态和压力状态完全符合实际情况，得到的测试结果更为准确。进一步地，本实用新型中的试验装置对锂离子电池热失控过程中的烟气等释放的气体进行收集，后续进行分析，能够对锂离子电池在热失控情况下的燃爆性能进行更为准确的综合评价。

本实用新型所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本实用新型中提供的一种电池热冲击试验装置，包括测试箱，还包括设于测试箱内的接触式加热机构，待测试电池设于所述接触式加热机构中，所述待测试电池测试面与所述接触式加热机构表面相贴合；测试时，对所述接触式加热机构进行加热，热量由所述接触式加热机构直接传导至所述待测试电池；

所述接触式加热机构包括相对设置的第一加热块和第二加热块，所述第一加热块固定连接伸缩杆，所述伸缩杆连接于固设于所述测试箱顶部的电机，且在电机的带动下伸缩，从而带动所述第一加热块对所述第二加热块做相对运动；所述第二加热块设于所述测试箱底部；

所述第一加热块和所述第二加热块均为平板状结构、仅一端部设有凸起结构。

进一步地，所述第一加热块和第二加热块相对设置，扣合时，两加热块端部的凸起结构均不碰触到另一加热块。

进一步地，所述凸起结构高度大于所述待测试电池厚度。

进一步地，所述凸起结构上设有高度标记。

进一步地，还包括固设于测试箱侧壁、对着所述接触式加热机构的喷淋头。

进一步地，所述测试箱内顶部还设有摄像装置。

进一步地，所述测试箱顶部设有排烟装置，所述排烟装置通过排烟管道将所述测试箱内的烟气送至烟气收集装置。

进一步地，所述接触式加热机构表面设有压力传感器和温度传感器。

进一步地，所述压力传感器和温度传感器设于所述接触式加热机构与所述待测试电池相贴合的测试面上。

进一步地，所述接触式加热机构外侧设有防爆网。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供了一种与现有技术中循环热风加热方式完全不同的接触式加热机构对待测试电池进行热冲击测试，同时，通过设置电机和伸缩杆机构对待测试电池施加压力，对测试中电池的实际热失控状态进行深度模拟，使测试过程中的温度状态和压力状态完全符合实际情况，得到的测试结果更为准确。进一步地，本实用新型中的试验装置对锂离子电池热失控过程中的烟气等释放的气体进行收集，后续进行分析，能够对锂离子电池在热失控情况下的燃爆性能进行更为准确的综合评价。

附图说明

图1为本实用新型实施例中电池热冲击试验装置的结构示意图；

图2为图1中接触式加热机构的结构示意图；

图3为图2中虚线处放大示意图；

图4为接触式加热机构中加热块的相对位置结构示意图；

附图标记说明如下：

1、测试箱；2、电机；3、第一加热块；4、第二加热块；5、待测试电池；6、摄像头；7、喷淋头；8、排烟装置；9、气泵；10、排烟管道；11、烟气收集装置；12、13、传感器；

201、伸缩杆；401、高度标记。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型实施例中的电池热冲击试验装置如附图1-4所示。

如附图1所示为电池热冲击试验装置的结构示意图，具体为：

包括测试箱1，测试箱应当设有可开合的通道或者门结构以便使用，此处因不涉及本发明中所提及的必要技术特征，故在附图中并未将此结构画出，但是本领域技术人员根据测试步骤可以很清楚的推断出，测试箱上会设有连接外部环境与测试箱内部的通道，而测试箱在测试过程中为密闭状态(非隔绝状态)。测试箱优选使用透明且具有防爆功能的钢化玻璃制备而成，防止电池爆炸或者燃烧过程中电解液飞溅或者其他可燃物飞溅对测试人员和环境造成的损失，透明结构又能保证测试人员能够清楚观察到测试的全部过程。

还包括设于测试箱内的接触式加热机构，具体地，本实施例中，接触式加热机构包括相对设置的第一加热块3和第二加热块4，第一加热块3固定连接伸缩杆201，伸缩杆201连接于固设于所述测试箱顶部的电机2，且在电机2的带动下伸缩，从而带动第一加热块3对第二加热块4做相对运动，第二加热块4设于测试箱1底部。待测试电池5设于接触式加热机构中(第二加热块4上部，两加热块扣合后即处于加热机构中)，测试过程中，第一加热块3在伸缩杆的带动下向第二加热块4运动，至待测试电池5测试面与两加热块表面相贴合。测试时，对第一加热块3和第二加热块4进行加热，热量由所述接触式加热机构直接传导至待测试电池5。

为了观察电池受热过程的全部测试状态，测试箱内装设摄像头6对待测试电池状态进行监控及图像记录。气缸可选择为电驱动，气缸的外接电源以及对摄像头拍摄的图像进行显示及保存的电子设备等均设于测试箱外部。

本实施例中，第一加热块3和第二加热块4均为平板状结构、仅一端部设有凸起结构，如附图2所示，第一加热块3左侧设有向下的凸起结构，第二加热块4右侧设有向上的凸起结构。本实施例中，加热块可采用导热效果好的金属板，如铜板、铁板、镍板等，并对加热块优选采用电加热的方式进行直接加热，金属板加热后将热量直接传导给待测试电池，使待测试电池的温升速率可达30-50℃/s，在数秒钟即可达到所需测试温度。

测试过程中电池厚度会发生变化，可在凸起结构上设有高度标记用于观察记录电池高度变化，如附图3中的401所标记的高度刻度。

优选地，为了进一步对待测试电池进行限位，同时也能够使该试验装置测试位置以及可测试电池类型的选择更为灵活，如附图4所示，将两加热块设置为：第一加热块和3第二加热块4相对设置，扣合时，两加热块端部的凸起结构均不碰触到另一加热块，这样不仅能够通过高度刻度明显观察到测试过程中电池的高度变化，同时还能够有效对待测试电池进行限位。在利用该实施例中试验装置进行测试的过程中，“扣合”是指两加热块相对运动，从而与电池相接触并施加设定压力的过程，并不是指如同模具模腔合模的过程。

优选地，凸起结构高度大于待测试电池的厚度。

由于电池热冲击试验过程中有可能发生燃爆，为了使电池热失控过程随时可停止，本实施例中测试箱侧壁上、对着测试区域之处还设有喷淋头7，喷淋头7可与外部水源或者干粉等灭火材料来源相连，当测试者想要随时停止该测试时即可开启喷淋头，使测试项内部燃爆停止。

进一步为了安全起见，还可在接触式加热机构外侧罩设防爆网。

为了收集电池燃烧过程中产生的烟气，测试箱1顶部设有排烟装置8，所述排烟装置通过排烟管道10将测试箱内的烟气送至烟气收集装置11，收集完毕后用于测试烟气组分。排烟装置可采用抽气装置，还可加设气泵9协助进行烟气的采集。

为了进一步对测试过程进行控制，第一加热块3和第二加热块4表面设有压力传感器和温度传感器，如附图，第一加热块3与待测试电池相贴合的测试面上设有压力传感器和温度传感器12，第二加热块4与待测试电池相贴合的测试面上设有压力传感器和温度传感器13。传感器的连接以及对传感器数据进行显示及保存的电子设备等均设于测试箱外部。

实施例中试验装置的测试方法为：

S01，将待测试电池5放置在第二导热块4(铜板)上，电机2带动伸缩杆201运动，从而带动第一导热组件3(铜板)向第二导热块4运动，将待测试电池夹设于两导热组件之中，直至达到设定的压力，该设定的压力值以待测试电池在实际装配过程中所受到的压力为参考值。

S02，对导热块同时进行加热，导热组件将热量传导至待测试电池，直至待测试电池温度达到130℃，并保持1h后停止加热，观察记录后再次进行升温，直至电池燃烧。

S03，记录待测试电池燃烧过程、开启烟气收集装置收集烟气，根据测试结果和延期测试结果综合评价电池安全性能。

由上述实施例可以看出，本实用新型提供了一种与现有技术中循环热风加热方式完全不同的接触式加热机构对待测试电池进行热冲击测试，同时，通过设置电机和伸缩杆机构对待测试电池施加压力，对测试中电池的实际热失控状态进行深度模拟，使测试过程中的温度状态和压力状态完全符合实际情况，得到的测试结果更为准确。进一步地，本实用新型中的试验装置对锂离子电池热失控过程中的烟气等释放的气体进行收集，后续进行分析，能够对锂离子电池在热失控情况下的燃爆性能进行更为准确的综合评价。

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)

1.一种电池热冲击试验装置，其特征在于：

包括测试箱，还包括设于测试箱内的接触式加热机构，待测试电池设于所述接触式加热机构中，所述待测试电池测试面与所述接触式加热机构表面相贴合；测试时，对所述接触式加热机构进行加热，热量由所述接触式加热机构直接传导至所述待测试电池；

所述接触式加热机构包括相对设置的第一加热块和第二加热块，所述第一加热块固定连接伸缩杆，所述伸缩杆连接于固设于所述测试箱顶部的电机，且在电机的带动下伸缩，从而带动所述第一加热块对所述第二加热块做相对运动；所述第二加热块设于所述测试箱底部；

所述第一加热块和所述第二加热块均为平板状结构、仅一端部设有凸起结构。

2.如权利要求1所述电池热冲击试验装置，其特征在于：所述第一加热块和第二加热块相对设置，扣合时，两加热块端部的凸起结构均不碰触到另一加热块。

3.如权利要求2所述电池热冲击试验装置，其特征在于：所述凸起结构高度大于所述待测试电池厚度。

4.如权利要求3所述电池热冲击试验装置，其特征在于：所述凸起结构上设有高度标记。

5.如权利要求1所述电池热冲击试验装置，其特征在于：还包括固设于测试箱侧壁、对着所述接触式加热机构的喷淋头。

6.如权利要求1所述电池热冲击试验装置，其特征在于：所述测试箱内顶部还设有摄像装置。

7.如权利要求1所述电池热冲击试验装置，其特征在于：所述测试箱顶部设有排烟装置，所述排烟装置通过排烟管道将所述测试箱内的烟气送至烟气收集装置。

8.如权利要求1所述电池热冲击试验装置，其特征在于：所述接触式加热机构表面设有压力传感器和温度传感器。

9.如权利要求8所述电池热冲击试验装置，其特征在于：所述压力传感器和温度传感器设于所述接触式加热机构与所述待测试电池相贴合的测试面上。

10.如权利要求1所述电池热冲击试验装置，其特征在于：所述接触式加热机构外侧设有防爆网。

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