CN218975582U - 一种电池的热扩散测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池的热扩散测试装置，涉及电池测试领域，包括U壳夹板，U壳夹板包括一个底板和两个侧板，两个侧板和底板内各插入一块防护插入板，底板有若干个开孔，防护插入板内放置有待测试的电池，电池的上方设置用于加热电池的加热装置，U壳夹板的U形口配置有U形小盖板，U形小盖板与U壳夹板的U形口相匹配；固定装置，用于夹紧U壳夹板。本实用新型采用U壳夹板，易观察电池产生热扩散现象变化，有更多的空间布置传感器，采用防护插入板，在测试过程中，保护外部U壳夹板，防止触碰U壳夹板，造成短路，通过固定装置模拟真实的电池使用环境，且容易改制优化方案，通用性更强，整体装置的结构简单，成本低。

Description

一种电池的热扩散测试装置

技术领域

本实用新型涉及电池测试领域，特别是涉及一种电池的热扩散测试装置。

背景技术

对于锂离子电池，热失控是最严重的事故之一，存在很大的用户安全隐患。发生热失控的因素主要分为两类，内部短路和外界环境因素导致电池短路。在电池开发和生产过程中，需要对电池进行热失控测试，用于观察和评估产品的热扩散性能，通过观察测试现象，记录测试相关数据，进行综合评估，尽可能的对产品进行优化和预测，控制或减少热失控带来的危害。

目前的测试装置结构复杂，无法通过电池最小单元来模拟真实的电池的使用环境，目前的测试装置一般在测试单体电芯时，无法模拟真实的电池使用环境，而在模组或整个电池包的测试一般为密闭环境，现象主要靠红外摄影机采集，数据不直观，不容易观察现象变化，测试数据单一，对于整体的信息采集不够全面，测试结构复杂，测试周期、成本相对较高，测试装置的通用性不强，一般针对特定产品进行测试验证，测试装置一般在固定方案下进行测试，升级优化空间小，不利于相近变形方案的验证测试，亟需一种电池热扩散的测试装置来解决上述的问题。

发明内容

为了解决现有的电池热扩散测试装置在测试电池热扩散时，存在无法在测试单体电芯时，模拟真实的电池使用环境，而在测试模组或电池包时一般为密闭环境，不易观察现象变化，测试结构复杂，测试周期长，成本高、通用性不强的问题，本实用新型提供了一种电池的热扩散测试装置，有更多空间布置传感器，测试需求相对简单，测试环境要求相对较低，整体的装置结构简单，成本低；采用U壳夹板，适用于任意层级的电池的测试，如电芯、模组、电池包的测试，且便于观察电池现象变化；采用的U形小盖板至于U壳夹板对应的开口处，保证了电芯和其他配件，如加热装置、传感器拆装便捷，测试结构简单，有更多空间布置传感器，信息采集全面，同时根据电芯的尺寸大小，可以调整其在U壳夹板内的位置，使用产品更广；采用固定装置，模拟真实电池的使用环境，容易改制优化方案，通用性更强。

为了解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种电池的热扩散测试装置，包括：U壳夹板，U壳夹板包括一个底板和两个侧板，两个侧板和底板内各插入一块防护插入板，底板有若干个开孔，防护插入板内放置有待测试的电池，待测试的电池的上方设置用于加热电池的加热装置，U壳夹板的U形口配置有U形小盖板，U形小盖板与U壳夹板的U形口相匹配；温度传感器，设置于待测试的电池上，电压传感器，布置在待测试的电池的极柱上；固定装置，用于夹紧U壳夹板。

作为优选，固定装置包括第一金属压板和第二金属压板，第一金属压板和第二金属压板的四周均有若干个穿孔，第一金属压板通过若干个螺栓组件或扎带固定连接第二金属压板。

作为优选，测试装置还包括：微控制单元，用于控制加热装置，微控制单元连接加热装置；温度传感器与微控制单元连接；

电压传感器与微控制单元连接。

作为优选，防护插入板为绝缘隔热材料，如硬质云母板。

作为优选，加热装置的上方设置有保温隔热板，如气凝胶。

作为优选，开孔的形状为椭圆形或圆形或方形。

作为优选，触发待测试的电池产生热扩散的方式包括针刺、过充、加热中的至少一种。

作为优选，待测试的电池的下方设置有泡棉，测试装置包括任意层级的电池的热扩散测试，如电芯或模组，抑或电池包的热扩散测试。

作为优选，装置还包括：pc端，pc端与微控制单元连接。

作为优选，U壳夹板的上方布置有温度传感器。

本实用新型的有益效果：(1)本实用新型采用的U壳夹板支持单包或多包电芯装配，通用性强，U壳夹板的结构，能观察测试产品的具体特征，真实体现模组特性；(2)采用的U形小盖板至于U壳夹板对应的开口处，保证了电芯和其他配件，如加热装置、传感器拆装便捷，测试结构简单，有更多空间布置传感器，采集的数据全面，同时根据电芯的尺寸大小，可以调整其在U壳内的位置，使用场景更广；(3)采用防护插入板，防护插入板为绝缘隔热材料，如硬质云母板，位于U壳夹板的侧板内部，电池装配至U壳夹板中，可作为导向使电池顺利送至U壳夹板中；加热后发生热失控，U壳夹板两侧，以及底部有防护板，避免对外部壳体的冲击；同时在操作或测试过程中难免会接触U壳夹板，防止发生意外，造成短路；(4)采用金属压板为固定装置，防止测试过程中壳体位置移动，保证数据信息采集状态一致；用于模拟模组或电池包内的测试环境；通过螺栓组件固定测试装置，容易改制优化方案，通用性更强；(5)整体装置的结构简单，成本低。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种电池的热扩散测试装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的单体电芯热失控测试示意图；

图3是本实用新型实施例提供的模组热失控测试示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种电池的热扩散测试装置爆炸图；

图5是本实用新型实施例提供的电池包热失控测试示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种电池的热扩散测试的整体示意图；

图7是本实用新型实施例提供的一种电池的热扩散测试方法流程图。

图标：1-U壳夹板，11-开孔，12-U形小盖板，2-金属压板，3-防护插入板，4-泡棉，5-单体电芯，6-加热装置，7-气凝胶，8-螺栓组件，101-模组，102-电池包，300-微控制单元，301-按键一，302-按键二，303-按键三，400-pc端，500-温度传感器，600-电压传感器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

请参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种电池的热扩散测试装置整体示意图，为了解决现有的电池热扩散测试装置在测试电池热扩散时，存在无法检测单体电芯，不易观察现象变化，测试结构复杂，测试周期长，成本高、通用性不强等问题，本实用新型提供了一种电池的热扩散测试装置，包括：U壳夹板，U壳夹板包括一个底板和两个侧板，两个侧板和底板内各插入一块防护插入板，底板有若干个开孔，防护插入板内放置有待测试的电池，待测试的电池的上方设置用于加热电池的加热装置，U壳夹板的U形口配置有U形小盖板，U形小盖板与U壳夹板的U形口相匹配；温度传感器，设置于待测试的电池上，电压传感器，布置在待测试的电池的极柱上；固定装置，用于夹紧U壳夹板，固定装置包括第一金属压板和第二金属压板，第一金属压板和第二金属压板的四周均有若干个穿孔，第一金属压板通过若干个螺栓组件或扎带固定连接第二金属压板。

请参见图2，图2是本实用新型实施例提供的一种电池的热扩散测试装置爆炸图，在本实施例中，防护插入板为绝缘隔热材料，如硬质云母板。

在本实施例中，加热装置的上方设置有保温隔热板，如气凝胶。

在本实施例中，待测试的电池的下方设置有泡棉。

在本实施例中，开孔的形状为椭圆形或圆形，抑或方形。

在本实施例中，测试装置包括任意层级的电池的热扩散测试，如电芯或模组，抑或电池包的热扩散测试，触发待测试的电池产生热扩散的方式包括针刺、过充、加热中的至少一种。

在本实施例中，根据实际需求，在U壳夹板的上方布置温度传感器。

请参见图3，图3是本实用新型实施例提供的单体电芯热失控测试示意图，在U壳夹板内放入单体电芯，单体电芯上布置加热装置，再按需布置相关温度、电压传感器，取两块金属压板夹紧U壳夹板，通过螺栓组件固定，则该装置则为模拟单体电芯的测试装置。

请参见图4，图4是本实用新型实施例提供的模组热失控测试示意图，选择2包电芯为一个模组，放置在U壳夹板内，模组与U壳夹板的底板和侧板之间设置有硬质云母板，在模组的下方布置泡棉，在模组的上方设置一个加热装置，加热装置的上方设置气凝胶，按需布置相关的温度、电压传感器，取两块金属压板夹紧U壳夹板，通过螺栓组件固定两块金属压板，则该装置则为模拟模组的测试装置。

请参见图5，图5是本实用新型实施例提供的电池包热失控测试示意图，选择2包电芯为一个模组，取三块U壳夹板，三个模组，将模组放置在U壳夹板内，模组与U壳夹板的底板和侧板之间设置有硬质云母板，按需布置相关的温度、电压传感器，依次堆叠；其中，中间的模组为触发模组，配置加热装置，最上面和最下面的模组为观察模组，无加热装置，最上面的模组上方配置气凝胶，以及在模组下方配置泡棉，取两块金属压板，夹紧这三个依次堆叠的U壳夹板，通过螺栓组件固定，整个结构可根据测试要求放置在开发环境或者密闭的箱体内，则该装置为模拟电池包的测试装置。

请参见图6，图6是本实用新型实施例提供的一种电池的热扩散测试的整体示意图，包括：微控制单元，用于控制加热装置，微控制单元连接加热装置；温度传感器，设置于待测试的电池上，温度传感器与微控制单元连接；电压传感器，对电压检测时，在不改动原始电路的前提下，在模组的极柱上布置电压传感器，电压传感器与微控制单元连接，微控制单元与pc端连接；具体的，微控制单元包括数据存储模块，用于存储温度、电压传感器采集的温度、电压数据，采样间隔为1ms，通过微控制单元的UART接口，加USB转串模块与pc端连接，将数据上传到pc端；

数据处理模块，用于处理温度、电压数据，根据预定条件，判断测试目标是否发生热失控，具体的，第一预定条件：模组产生电压降，且下降值超过初始电压的25％；第二预定条件：模组表面温度达到额定的最高工作温度；第三预定条件：模组表面的温升速率超过1℃/S，且持续3s以上；当满足上述三个预定条件中的第一、第二预定条件或第一、三预定条件时，判断模组发生热失控；

微控制单元还包括三个I/O端口，每个I/O端口接一个按键；按键一：用于控制加热装置，按键二：用于控制温度传感器，按键三：用于控制电压传感器。

请参见图7，图7是本实用新型实施例提供的一种电池的热扩散测试方法流程图，本实用新型实施例提供了一种电池的热扩散测试方法，应用于本实用新型任意实施例提供的一种电池的热扩散测试装置，以测试模组热扩散为例，包括如下步骤：

S1：根据测试目标，选择相应的电压、温度传感器，配置安装测试装置；具体的，U壳夹板的底板和两个侧板内各设置一个防护插入板，这里选择硬质云母板，硬质云母板处于U壳夹板和模组之间，将模组放置在U壳夹板中，在模组的下方放置泡棉，加热装置固定在模组上，保证电池表面与加热装置接触良好，加热装置的上方设置一块气凝胶，其中硬质云母板和气凝胶，以及泡棉与模组的尺寸相匹配，将温度传感器和电压传感器放置在模组上，盖上U形小盖板，使用固定装置夹紧U壳夹板，通过螺栓组件固定加紧，将温度传感器和电压传感器，以及加热装置连接微控制单元，微控制单元连接pc端。

S2：对模组进行预处理循环充放电，以确保测试时电池包和装置的性能处于激活和稳定的状态，同时监控温度、电压传感器的工作情况；具体的步骤如下：

S21：以1C对模组进行充电，使得模组电压至截至条件，在pc端监控温度、电压数据；

S22：静置25min，在pc端监控温度、电压数据；

S23：以2C对模组进行放电，使得模组电压至截至条件，在pc端监控温度、电压数据；

S24：静置25min，在pc端监控温度、电压数据；

S25：重复4次步骤S21-步骤S24。

S3：对模组进行加热，监控电压、温度情况；具体的，设置加热装置的加热功率，对测试的模组进行加热，温度、电压传感器采集模组加热过程中极柱的电压信号和模组表面的温度信号，通过微控制单元传输到pc端，pc端实时显示模组极柱电压变化曲线图和模组表面温度变化曲线图；

在本步骤中，微控制单元对温度、电压传感器采集到温度、电压数据进行处理，并传输到pc端；触发待测试的电池产生热扩散的方式包括针刺、过充、加热中的至少一种；这里选择的是加热方式，同时举例针刺触发待测试的电池产生热扩散的方式具体为：若采用针刺的方式，则底板内的防护插入板对应底板的开孔位置有与底板的开孔相同的开孔，便于针刺方式的进行，采用直径5mm的耐高温不锈钢针穿过U壳夹板的底板上的开孔对垂直于电池极板方向进行穿刺，模拟内部短路，引发模组中的电芯热失控和电芯间扩散蔓延，且在使用针刺方式时，温度传感器的位置布置到短路点附近，电压传感器布置在模组的极柱上；过充方式：模组连接电源，过充模组使得模组产生热失控。

S4：当温度、电压达到预定条件时，测试结束，pc端显示模组极柱电压变化曲线图和模组表面温度变化曲线图，分析模组热扩散测试数据；具体的，第一预定条件：模组产生电压降，且下降值超过初始电压的25％；第二预定条件：模组表面温度达到额定的最高工作温度；第三预定条件：模组表面的温升速率超过1℃/S，且持续3s以上；当满足上述三个预定条件中的第一、第二预定条件或第一、三预定条件时，判断模组发生热失控，微控制单元控制加热装置停止加热，其中微控制单元用于判断模组是否发生热失控。

Claims (10)

1.一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，包括：U壳夹板，所述U壳夹板包括一个底板和两个侧板，所述两个侧板和所述底板内各插入一块防护插入板，所述底板有若干个开孔，所述防护插入板内放置有待测试的电池，所述待测试的电池的上方设置用于加热电池的加热装置，所述U壳夹板的U形口配置有U形小盖板，所述U形小盖板与所述U壳夹板的U形口相匹配；温度传感器，设置于所述待测试的电池上，电压传感器，布置在所述待测试的电池的极柱上；

固定装置，用于夹紧所述U壳夹板。

2.根据权利要求1所述的一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，所述固定装置包括第一金属压板和第二金属压板，所述第一金属压板和所述第二金属压板的四周均有若干个穿孔，所述第一金属压板通过若干个螺栓组件或扎带固定连接第二金属压板。

3.根据权利要求2所述的一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括：微控制单元，用于控制所述加热装置，所述微控制单元连接所述加热装置；所述温度传感器与所述微控制单元连接；

所述电压传感器与所述微控制单元连接。

4.根据权利要求1所述的一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，所述防护插入板为绝缘隔热材料。

5.根据权利要求1或2所述的一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，所述加热装置的上方设置保温隔热板。

6.根据权利要求4所述的一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，所述开孔的形状为椭圆形或圆形，抑或方形。

7.根据权利要求5所述的一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，触发所述待测试的电池产生热扩散的方式包括针刺、过充、加热中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，所述待测试的电池的下方设置有泡棉，所述测试装置包括任意层级的电池的热扩散测试。

9.根据权利要求3所述的一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括：pc端，所述pc端与所述微控制单元连接。

10.根据权利要求6至9任一项所述的一种电池的热扩散测试装置，其特征在于，所述U壳夹板的上方布置有温度传感器。

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