CN219349085U - 测试电芯及热失控实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种测试电芯及热失控实验系统，测试电芯包括壳体、电极组件、电弧发生头以及接线端子，壳体的内部具有容纳腔，电极组件和电弧发生头均设置在容纳腔中，接线端子一端位于容纳腔外，另一端位于容纳腔内，接线端子位于容纳腔中的一端与电弧发生头电性连接。本实用新型的测试电芯，能够迅速地触发热失控，提高热失控实验的实验效率；测试电芯的热失控诱发重复性较高；利用该测试电芯进行热失控实验不易使其他非目标电池提前受热而影响实验的准确性。

Description

测试电芯及热失控实验系统

技术领域

本实用新型涉及电池安全测试技术领域，尤其涉及一种测试电芯及热失控实验系统。

背景技术

电池发生热失控的时候，电芯短时间内会产生大量的热量，造成电池损坏甚至引起爆炸等安全事故。为了针对热失控现象设计应对方案并验证应对方案的可行性，通常需要在实验中模拟热失控的发生。实验中常见的一种触发热失控的方法为对电池进行加热，然而，现有的实验中，从电池外部对电池的加热效率较慢，不利于提高热失控实验的实验效率；另外，现有技术中从外部对电池加热容易造成电池壳体的变形等情况导致的不可控热失控，电池热失控诱发重复性较差，且存在非触发电芯提前受热破损而影响实验精准性的现象。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种测试电芯，能够迅速地触发热失控，从而提高热失控实验的实验效率。

本实用新型还提出一种包括上述测试电芯的热失控实验系统。

根据本实用新型第一方面实施例的测试电芯，包括：壳体，内部具有容纳腔；电极组件，设置于所述容纳腔中；电弧发生头，设置于所述容纳腔中；接线端子，一端设置于所述容纳腔之外，另一端设置于所述容纳腔中并与所述电弧发生头电性连接，以对所述电弧发生头通电并产生电弧。

根据本实用新型第一方面实施例的测试电芯，至少具有如下有益效果：

壳体的内部设置有电弧发生头，当电弧发生头通电后，电弧发生头可以产生电弧，从而在短时间内产生较大的热量。这部分热量会使电极组件的隔膜收缩，使电极组件发生内部短路，从而进一步地使电池内部热量迅速累积，引发测试电芯单体热失控。因此，本实用新型的测试电芯，能够迅速地触发热失控，从而提高热失控实验的实验效率；并且其可以更好地模拟电极组件内部的短路，避免从外部升温导致的壳体破裂等其他因素影响，使得电极组件测试的可重复性更好、测试结果更加精确。

根据本实用新型的一些实施例，所述电极组件设置有一个，所述电弧发生头设置在所述电极组件的外壁与所述容纳腔的内壁面之间；或者，所述电极组件设置有至少两个，所述电弧发生头设置在其中两个相邻的所述电极组件的外壁之间；或者，所述电极组件设置有至少两个，所述电弧发生头设置在其中一个电极组件的外壁与所述容纳腔的内壁面之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述电弧发生头设置于所述电极组件的内部。

根据本实用新型的一些实施例，所述壳体还具有与所述容纳腔连通的开口，所述测试电芯还包括顶盖，所述顶盖与所述壳体连接并盖封所述开口；所述接线端子还包括包覆有绝缘层的导线，所述导线贯穿所述顶盖，所述导线的一端位于所述容纳腔内并与所述电弧发生头电性连接，所述导线的另一端位于所述容纳腔之外，所述导线与所述顶盖密封配合。

根据本实用新型的一些实施例，所述电弧发生头包括间隔设置的第一电极和第二电极，所述接线端子包括第一端子和第二端子，所述第一电极与所述第一端子电性连接，所述第二电极与所述第二端子电性连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述电弧发生头还包括绝缘支架，所述第一电极和所述第二电极均安装于所述绝缘支架。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一电极与所述第二电极之间的距离小于1cm。

根据本实用新型第二方面实施例的热失控实验系统，包括：如第一方面实施例所述的测试电芯；电源，所述电弧发生头通过所述接线端子与所述电源电性连接，所述电源为所述电弧发生头供电以使所述电弧发生头产生电弧。

根据本实用新型的一些实施例，所述测试电芯还包括电极端子，所述电极端子与所述电极组件电性连接，所述热失控实验系统还包括变压器，所述变压器的输入端与所述电极端子电性连接以形成所述电源，所述变压器的输出端与所述接线端子电性连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述热失控实验系统还包括：模组箱体；非触发电池，所述非触发电池和所述测试电芯均安装于所述模组箱体的内部。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型一实施例中的测试电芯的结构示意图；

图2为图1中的测试电芯的分解示意图；

图3为本实用新型一实施例中电弧发生头在壳体内部的位置的示意图；

图4为本实用新型一实施例中测试电芯的电弧发生头的示意图；

图5为本实用新型一实施例中的热失控实验系统的示意图；

图6为本实用新型另一实施例中的热失控实验系统的示意图；

图7为本实用新型又一实施例中的热失控实验系统的示意图。

附图标记：100-测试电芯，101-壳体，102-顶盖，103-电极端子，104-第一电极，105-第二电极，106-电弧发生头，107-导线，108-第一端子，109-第二端子，201-电极组件，202-开口，203-容纳腔，301-穿线孔，401-绝缘支架，500-热失控实验系统，501-电源，601-变压器，602-开关，603-输入导线，701-模组箱体，702-非触发电池。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本实用新型提供了一种测试电芯100，该测试电芯100可以用于电池热失控实验。

参照图1和图2，测试电芯100包括壳体101、电极组件201、电弧发生头106和接线端子。壳体101的内部具有容纳腔203，电极组件201和电弧发生头106均设置在容纳腔203中。接线端子作为实现电弧发生头106与电源501之间的电性连接的部件。接线端子的一端位于容纳腔203外，接线端子的另一端设置在容纳腔203中并与电弧发生头106电性连接。结合图1和图5，当接线端子与电源501连接后，电源501能够通过接线端子向电弧发生头106供电，并使电弧发生头106产生电弧。

接线端子、电弧发生头106以及电源501的具体设置将在下文具体举例说明，此处先对该测试电芯100触发热失控的方式进行说明。由于测试电芯100的壳体101的内部设置有电弧发生头106，当电弧发生头106通电后，电弧发生头106可以产生电弧，从而在短时间内产生较大的热量。这部分热量会使电极组件201的隔膜收缩，使电极组件201发生内部短路(隔膜收缩或破裂后，电极组件201的正、负极片会接触并短路)，从而进一步地使电池内部热量迅速累积，引发测试电芯100单体热失控。因此，本实用新型的测试电芯100，能够利用电弧短时间内能够产生的大量热量迅速地触发热失控，从而提高热失控实验的实验效率；另外，由于本实施例中电弧发生头106是设置在电极组件201内部的，因此，其可以更好地模拟由电池内部发生的热失控，也即避免了从外部逐渐升温造成的电池壳体变形而导致短路的问题，从而提高测试的精准性。

一些现有技术会通过记忆合金在特定温度下的形变对电池进行穿刺，引发电池的内短路，从而触发电池的热失控，这种触发电池的热失控的方式的可重复性较低。而本实用新型的测试电芯100，通过对电弧发生头106多次通电、断电便可以多次触发电极组件201内短路，这种触发电池热失控的方式简便，且可重复性较高，可以理解的是，可重复性包括不同电池的测试条件、测试环境及测试参数的一致的。

在现有的热失控实验中，还会将多个电池放置在一起来模拟电池模组或电池包的热失控情况，例如，先触发某一电池的热失控，然后观察电池模组和电池包的热扩散现象。一些现有技术中会利用贴合电池外表的加热器对电池进行加热，外部加热器发出的热量容易使周围的不需要加热的电池提前受热，影响实验的精准性；而且，在电池外部设置加热器意味着电池模组的原有结构会发生变化，这也不利于提高热失控实验的精确性。

而本实用新型中的测试电芯100，用于触发热失控的电弧发生头106设置在壳体101的内部。一方面，这意味着实验者无需针对测试电芯100的外形设置相匹配的形状的外部加热器，实验成本较低。另一方面，这能够克服外部加热器使非触发电池702提前受热的问题，而且在测试电芯100内部设置电弧发生头106对电池模组的原有结构的影响较小，本实用新型的测试电芯100有利于提高热失控实验的精准性。电弧发生头106在容纳腔203中的具体位置可以根据热失控实验的需要灵活调整。

参照图3，在一实施例中，测试电芯100包括两个电极组件201，电弧发生头106设置在两个电极组件201的外壁之间。当电弧发生头106通电并产生电弧时，对于与电弧发生头106相邻的两个电极组件201，电极组件201的外壁靠近电弧发生头106的区域先发生内短路。该实施例的测试电芯100适合模拟电极组件201靠近另一相邻的电极组件201的区域先发生内短路而引起热失控的情形。

需要说明的是，图3示出的测试电芯100仅包括两个电极组件201，在另一些实施例中，测试电芯100的电极组件201的数量可以更多。在测试电芯100中的电极组件201的数量多于两个的情况下，电弧发生头106具体设置在哪两个相邻的电极组件201之间亦可以根据实验需求灵活选择。

在一些实施例中，测试电芯100包括至少两个电极组件201，电弧发生头106设置在其中一个电极组件201的外壁与容纳腔203的内壁面之间。本实施例适合在测试电芯100包括多个电极组件201的情况下，模拟电极组件201的外壁靠近容纳腔203的内壁的区域先发生内短路的情形。

在一实施例中，测试电芯100仅包括一个电极组件201，电弧发生头106设置在电极组件201的外壁与容纳腔203的内壁面之间。这一设置适合模拟电极组件201的外壁靠近容纳腔203的内壁的区域先发生内短路的情形。

在一实施例中，电弧发生头106设置在测试电芯100的某一电极组件201的内部。这适合模拟电极组件201先发生内短路的位置位于电极组件201的内部的情形。电极组件201可以是叠片式电极组件201或卷绕式电极组件201，电极组件201包括正极片、负极片和隔膜(未具体示出)，电弧发生头106设置在电极组件201的内部，具体可以是电弧发生头106插入到某一正极片与某一隔膜之间，也可以是电弧发生头106插入到某一负极片和某一隔膜之间。

参照图1，在一实施例中，接线端子包括导线107、第一端子108和第二端子109。如图1所示，导线107设置有两条，其中一根导线107与第一端子108电性连接，另一根导线107与第二端子109电性连接。而且，如图1所示，导线107的一端位于容纳腔203内，导线107的另一端位于容纳腔203外，导线107位于容纳腔203外的一端与第一端子108或第二端子109连接。

第一端子108和第二端子109的具体形状不作具体的限制，只要第一端子108和第二端子109能够与电源501的接口相匹配即可。第一端子108和第二端子109可以分别与电源501的正极、负极连接。

如图1所示，在一实施例中，为了使导线107的一端位于容纳腔203中且另一端位于容纳腔203外，导线107可以贯穿测试电芯100的顶盖102。

具体来说，参照图1和图2，测试电芯100还包括顶盖102，顶盖102与壳体101连接。参照图2，壳体101还具有开口202，开口202与容纳腔203连通，开口202可以让电极组件201通过，以便将电极组件201放入容纳腔203中；顶盖102盖封开口202。导线107的外表具有绝缘层，导线107贯穿顶盖102且与顶盖102密封配合，导线107的一端(位于容纳腔203中的一端)与电弧发生头106电性连接，导线107的另一端位于容纳腔203外。

“导线107与顶盖102密封配合”具体是指顶盖102上供导线107穿设的孔与导线107之间的间隙被封住。例如，参照图3，顶盖102开设有穿线孔301，穿线孔301为通孔且穿线孔301与容纳腔203连通，导线107穿设于穿线孔301中。测试电芯100还包括密封件(图3未示出)，密封件呈环状(例如，密封件设置为硅胶圈)，密封件嵌入穿线孔301中，导线107穿过密封件的中心。密封件的外侧与穿线孔301的孔壁抵持，密封件的内侧与导线107的外表贴合。密封件填充穿线孔301的孔壁与导线107的外表之间的间隙，从而防止测试电芯100内部的电解液漏出以及防止外部环境中的水进入容纳腔203的内部，以免影响实验。

使导线107穿过测试电芯100的顶盖102的好处在于，导线107在容纳腔203内的部分不用过于曲折，这有利于方便布线。例如，基于图3，若电弧发生头106设置在两个电极组件201之间且穿线孔301设置在壳体101的侧部，那么导线107需要绕过电极组件201再穿过穿线孔301，这样会导致导线107的布置难度较大，测试电芯100的制造难度也会较大。如图3所示，若将穿线孔301设置在顶盖102并使导线107从顶盖102穿出，导线107和电弧发生头106均是自上而下放到需要的位置即可，导线107的布置难度较低，测试电芯100的制造难度亦较低。

参照图4，在一实施例中，电弧发生头106包括第一电极104、第二电极105和绝缘支架401。第一电极104和第二电极105均安装于绝缘支架401，且第一电极104和第二电极105间隔设置。如上文所述，接线端子可以包括第一端子108和第二端子109，第一端子108可以通过一根导线107与第一电极104电性连接，第二端子109可以通过另一根导线107与第二电极105电性连接。

第一端子108和第二端子109可以分别与电源501的正、负极连接。电源501对电弧发生头106供电后，第一电极104远离导线107的一端和第二电极105远离导线107的一端之间可以产生电弧。

绝缘支架401能够固定第一电极104和第二电极105的位置，保证第一电极104和第二电极105之间的间距的稳定性，保证电弧发生头106能够正常产生电弧，同时避免第一电极104和第二电极105相互接触。

在一实施例中，第一电极104和第二电极105之间的距离小于1cm。此处的“第一电极104和第二电极105之间的距离”，是指第一电极104远离导线107的一端与第二电极105与远离导线107的一端之间的距离。这样设置有利于减小电弧发生头106的体积，方便电弧发生头106放入容纳腔203中。而且，第一电极104和第二电极105之间的间距越大，为了产生电弧而需要的电压也越大，第一电极104和第二电极105之间的距离小于1cm有利于降低电弧发生头106所需要的电压，降低热失控实验的危险性。

参照图5，本实用新型一实施例还提供了一种热失控实验系统500，热失控实验系统500包括上述任一实施例中的测试电芯100以及电源501。其中，电源501与电弧发生头106通过接线端子电性连接，电源501为电弧发生头106供电从而使电弧发生头106产生电弧。

电源501可以是独立于测试电芯100之外的另一电池。电源501也可以是市电插座。电源501还可以是某些发电装置，例如光伏发电装置，柴油发电机等，发电装置的输出端与电弧发生头106电性连接。

在一实施例中，测试电芯100自身可以对电弧发生头106进行供电从而使电弧发生头106产生电弧，这样设置的好处在于，不用在热失控实验系统500中另外设置一个外部电源501。

具体来说，参照图6，测试电芯100还包括电极端子103，电极端子103可以设置在顶盖102上；电极端子103与电极组件201电性连接，例如，电极端子103与电极组件201的极耳焊接。热失控实验系统500还包括变压器601，变压器601的输入端与电极端子103电性连接以形成电源501，变压器601的输出端与接线端子电性连接。如图6所示，热失控实验系统500还包括两根输入导线603，输入导线603的两端分别与电极端子103和变压器601连接，从而实现电极端子103与变压器601的输入端之间的电性连接。

变压器601用于改变电压，电极组件201输入至变压器601的电压被转换至能够使电弧发生头106产生电弧的电压，然后再施加到电弧发生头106上，从而使电弧发生头106产生电弧。

参照图6，在一实施例中，热失控实验系统500还包括开关602，开关602串联在电极端子103和变压器601之间。更具体地，开关602可以安装在输入导线603上。

实验者可以通过断开或闭合开关602从而控制电弧发生头106是否产生电弧。当开关602处于闭合状态时，电极组件201通过变压器601向电弧发生头106供电。当开关602处于断开状态时(如图6所示状态)，电极组件201与变压器601之间的回路断开，电极组件201停止向电弧发生头106供电。

参照图7，若是需要在实验中模拟电池模组中发生热失控的情况，热失控实验系统500可以包括模组箱体701、测试电芯100和非触发电池702，测试电芯100和非触发电池702均安装在模组箱体701的内部。此处的“非触发电池702”，是指不具有电弧发生头106的电池。在实验过程中，可以先使测试电芯100的内短路，从而触发测试电芯100的单体热失控；测试电芯100产生的热量可以传递给位于模组箱体701的内部的其他电池(非触发电池702)。实验者可以研究当电池模组内其中一个电池发生单体热失控后，整个电池模组的温度变化情况。

电池模组的温度变化情况可以利用温度传感器进行评估。例如，在一实施例中，热失控实验系统500包括多个温度传感器(未示出)，电池模组中的每一个电池的外表均连接有温度传感器，即每一测试电芯100和每一非触发电池702的外表均连接有温度传感器。用于接受温度传感器的检测结果的数据处理设备(例如，数据处理设备为计算机)可以辅助实验者分析电池模组的温度变化情况。例如，数据处理设备根据温度传感器的检测结果绘制电池模组中的每个电池的温度变化曲线。

又或者，在另一实施例中，实验者可以通过热成像仪观察电池模组，实验者通过热成像仪显示的图像观察电池模组中不同区域的电池的温度，从而观察测试电芯100热失控后电池模组中的热扩散现象。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.测试电芯(100)，其特征在于，包括：

壳体(101)，内部具有容纳腔(203)；

电极组件(201)，设置于所述容纳腔(203)中；

电弧发生头(106)，设置于所述容纳腔(203)中；

接线端子，一端设置于所述容纳腔(203)之外，另一端设置于所述容纳腔(203)中并与所述电弧发生头(106)电性连接，以对所述电弧发生头(106)通电并产生电弧。

2.根据权利要求1所述的测试电芯(100)，其特征在于，所述电极组件(201)设置有一个，所述电弧发生头(106)设置在所述电极组件(201)的外壁与所述容纳腔(203)的内壁面之间；

或者，所述电极组件(201)设置有至少两个，所述电弧发生头(106)设置在其中两个相邻的所述电极组件(201)的外壁之间；

或者，所述电极组件(201)设置有至少两个，所述电弧发生头(106)设置在其中一个电极组件(201)的外壁与所述容纳腔(203)的内壁面之间。

3.根据权利要求1所述的测试电芯(100)，其特征在于，所述电弧发生头(106)设置于所述电极组件(201)的内部。

4.根据权利要求1所述的测试电芯(100)，其特征在于，所述壳体(101)还具有与所述容纳腔(203)连通的开口(202)，所述测试电芯(100)还包括顶盖(102)，所述顶盖(102)与所述壳体(101)连接并盖封所述开口(202)；所述接线端子还包括包覆有绝缘层的导线(107)，所述导线(107)贯穿所述顶盖(102)并与所述顶盖(102)密封配合，所述导线(107)的一端位于所述容纳腔(203)内并与所述电弧发生头(106)电性连接，所述导线(107)的另一端位于所述容纳腔(203)之外。

5.根据权利要求1所述的测试电芯(100)，其特征在于，所述电弧发生头(106)包括间隔设置的第一电极(104)和第二电极(105)，所述接线端子包括第一端子(108)和第二端子(109)，所述第一电极(104)与所述第一端子(108)电性连接，所述第二电极(105)与所述第二端子(109)电性连接。

6.根据权利要求5所述的测试电芯(100)，其特征在于，所述电弧发生头(106)还包括绝缘支架(401)，所述第一电极(104)和所述第二电极(105)均安装于所述绝缘支架(401)。

7.根据权利要求5所述的测试电芯(100)，其特征在于，所述第一电极(104)与所述第二电极(105)之间的距离小于1cm。

8.热失控实验系统(500)，其特征在于，包括：

如权利要求1至7中任一项所述的测试电芯(100)；

电源(501)，所述电弧发生头(106)通过所述接线端子与所述电源(501)电性连接，所述电源(501)为所述电弧发生头(106)供电以使所述电弧发生头(106)产生电弧。

9.根据权利要求8所述的热失控实验系统(500)，其特征在于，所述测试电芯(100)还包括电极端子(103)，所述电极端子(103)与所述电极组件(201)电性连接，所述热失控实验系统(500)还包括变压器(601)，所述变压器(601)的输入端与所述电极端子(103)电性连接以形成所述电源(501)，所述变压器(601)的输出端与所述接线端子电性连接。

10.根据权利要求8或9所述的热失控实验系统(500)，其特征在于，所述热失控实验系统(500)还包括：

模组箱体(701)；

非触发电池(702)，所述非触发电池(702)和所述测试电芯(100)均安装于所述模组箱体(701)的内部。

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