CN219641127U - 热测试工装和电芯热测试设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种热测试工装和电芯热测试设备，热测试工装包括：本体，所述本体具有收容空间，所述收容空间内容置有待测试件，所述待测试件在测试过程中产生热量；蓄能件，所述蓄能件安装于所述收容空间，所述蓄能件能够吸收所述待测试件在测试过程中产生的至少一部分热量，并且吸收的热量能够被测量。本实用新型实施例的热测试工装通过在本体的收容空间内安装有蓄能件，蓄能件能够吸收热量并且吸收的热量能够被测定，本实用新型实施例的热测试工装具有结构简单、减小热测试结果的误差值，提高热量测试结果的可信度等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及工装夹具技术领域，更具体地，涉及一种热测试工装和电芯热测试设备。
背景技术
现有的热测试工装结构通常采用以下两种结构，其中，一种工装结构内未设置隔热材料，待测试件的热量会通过工装结构散失，从而导致测试实验结果失真，产生误差，影响试验结果的可信度；另一种工装结构内壁设有隔热材料，此时需要在工装结构上安装测温结构，才能实现对于工装结构内的热量的测量，安装测温结构需要开孔等导致热量易从工装结构散失，热测试结果不可靠，并且测温结构较复杂。
因此，急需开发一种结构简单以及提高热测试结果可靠性的热测试工装，特别是在电池领域。具体地，在电芯热失控时，极短时间会释放较大的热量，这些热量很快辐射到周边电芯，导致其它电芯由于过大热源而引起其它电芯温度急剧升高，温度超过电芯内极化温度会触发其它电芯失控，相连电芯触发热蔓延，使整个区域或者包络热蔓延，最终起火失控。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种热测试工装的新技术方案，能够解决现有技术中的热测试工装热测试结果不可靠的技术问题。
本实用新型的又一个目的是提供一种电芯热测试设备，该电芯热测试设备包括上述热测试工装。
根据本实用新型的一个目的，提供了一种热测试工装，包括：本体，所述本体具有收容空间，所述收容空间内容置有待测试件，所述待测试件在测试过程中产生热量；蓄能件，所述蓄能件安装于所述收容空间，所述蓄能件能够吸收所述待测试件在测试过程中产生的至少一部分热量，并且吸收的热量能够被测量。
可选地，所述蓄能件包括相变材料件。
可选地，所述蓄能件为石蜡、泡沫镍、红磷、膨胀石墨、石多孔二氧化硅和水凝胶中的至少一种。
可选地，所述蓄能件包括层叠设置的多个相变材料件，相邻两个所述相变材料件不同。
可选地，所述相变材料件为层状件。
可选地，所述的热测试工装还包括：导热件，所述导热件位于所述待测试件和所述蓄能件之间，且分别与所述待测试件和所述蓄能件接触，以传递热量。
可选地，所述的热测试工装还包括：第一隔热件，所述第一隔热件的至少一部分位于所述蓄能件和所述本体的内壁面之间。
可选地，所述第一隔热件为硅酸件或气凝胶。
可选地，所述第一隔热件的一部分位于所述本体的内壁面和所述蓄能件之间。
可选地，所述的热测试工装还包括：第二隔热件，所述第二隔热件位于所述本体的内壁面和所述第一隔热件之间。
可选地，所述本体包括：多个盖板，多个所述盖板围合有所述收容空间，至少两个所述盖板之间可拆卸地连接。
可选地，每两个相邻两个所述盖板之间通过螺母可拆卸地连接。
可选地，所述本体上设有第一通孔，所述第一通孔与所述收容空间连通，以穿过测试件，所述热测试工装还包括：密封件，所述密封件与所述本体活动连接，以打开或者封闭所述第一通孔。
可选地，所述本体上设有第二通孔，所述第二通孔与所述收容空间连通，所述热测试工装还包括：活动件，所述活动件的第一端通过所述第二通孔伸入所述收容空间，所述活动件能够沿着所述第二通孔的轴线活动，以对所述待测试件施加压力。
可选地，所述的热测试工装还包括：第一板和第二板，所述第一板和所述第二板间隔开分布且相对设置，所述第一板和第二板位于所述活动件的第一端和所述待测试件之间，所述第二板与所述活动件的第一端对应；压力传感器，所述压力传感器安装于所述第一板和所述第二板之间。
可选地，所述本体为绝缘件。
根据本实用新型的又一个目的，提供了一种电芯热测试设备，包括上述任一所述的热测试工装。
根据本实用新型实施例的热测试工装，通过在本体的收容空间内安装有蓄能件，蓄能件能够吸收热量并且吸收的热量能够被测定，本实用新型实施例的热测试工装具有结构简单、减小热测试结果的误差值，提高热量测试结果的可信度等优点。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。
图1是根据本实用新型的一个实施例的热测试工装的结构示意图；
图2是根据本实用新型的一个实施例的热测试工装的局部结构示意图；
图3根据本实用新型的一个实施例的热测试工装的局部爆炸图；
图4根据本实用新型的一个实施例的热测试工装的局部内部示意图。
附图标记
热测试工装100；
本体10；
蓄能件20；
导热件30；
第一隔热件41；第二隔热件42；上绝热板421；下绝热板422；前绝热板423；后绝热板424；
盖板50；上盖板51；第一通孔511；下盖板52；前紧固板53；后紧固板54；左紧固板55；右紧固板56；第二通孔561；
密封件60；
活动件70；
第一板81；第二板82；压力传感器83；
待测试件200。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
下面结合附图对根据本实用新型实施例的热测试工装100进行详细说明。
如图1至图4所示，根据本实用新型实施例的热测试工装100包括本体10和蓄能件20。
具体而言，本体10具有收容空间，收容空间内容置有待测试件200，待测试件200在测试过程中产生热量，蓄能件20安装于收容空间，蓄能件20能够吸收待测试件200在测试过程中产生的至少一部分热量，并且吸收的热量能够被测量。
换言之，根据本实用新型实施例的热测试工装100主要由本体10和蓄能件20组成，其中，本体10内限定有收容空间，在测试时，可以将待测试件200安装在收容空间内。在测试的过程中，待测试件200会释放热量，例如待测试件200为进行热测试的电池。
需要进行说明的是，在收容空间内安装有蓄能件20，蓄能件20能够吸收热量，具体地，可以吸收收容空间内待测试件200在测试过程中产生的至少一部分热量，也就是说蓄能件20能够收集热量。并且蓄能件20吸收的热量能够被测试，即能够被量化。也就是说，可以通过蓄能件20计算得到待测试件200在测试过程中释放的热量的情况。例如，蓄能件20为相变材料件、可吸热材料件等。
需要说明的是，现有技术中通常采用以下两种工装结构，其中一种工装结构内待测试件的热量会通过工装结构散失，从而导致测试实验结果失真，产生误差，影响试验结果的可信度；另一种工装结构内壁设有隔热材料，此时需要在工装结构上安装测温结构，才能实现对于工装结构内的热量的测量，安装测温结构需要开孔等导致热量易从工装结构散失，并且测温结构较复杂。相比而言，本实用新型实施例的热测试工装100采用蓄能件20，通过蓄能件20储存热量，并且能对蓄能件20储存的热量进行测量，本实用新型实施例的热测试工装100不仅减小了热量传递至热测试工装100外部的情况，而且还具有结构简单，便于测量热量等优点。
也就是说，本实用新型实施例的热测试工装100可以利用能量守恒原理，对待测试件200产生的热量进行设计，例如对热失控的电芯产生的热量进行模组设计。本实用新型实施例的热测试工装100可以最大限度减少热量通过热传导介质传递至热测试工装100外的情况，使待测试件200发出的热量能够最大限度被蓄能件20吸收，随后可以测试蓄能件20吸收的热量的值，例如，通过相变材料的吸热后的质量或者其它物质成分计算失控热的量值。
由此，根据本实用新型实施例的热测试工装100，通过在本体10的收容空间内安装有蓄能件20，蓄能件20能够吸收热量并且吸收的热量能够被测定，本实用新型实施例的热测试工装100具有结构简单、减小热测试结果的误差值，提高热量测试结果的可信度等优点。
可选地，本体10为铝材、钢、铁夹具等，具有一定的强度。
根据本实用新型的一个实施例，蓄能件20包括相变材料件，此时，蓄能件20能够在第一状态和第二状态之间切换，在蓄能件20处于第一状态时，蓄能件20能够吸收待测试件200在测试过程中产生的至少一部分热量，在蓄能件20处于第二状态时，蓄能件20能够释放其吸收的热量。也就是说，蓄能件20可以通过发生相变过程，实现其在第一状态和第二状态之间切换。
在本实用新型的一些具体实施方式中，蓄能件20为石蜡、泡沫镍、红磷、膨胀石墨、石多孔二氧化硅和水凝胶等中的至少一种，通过采用上述相变材料，能够实现吸热和放热。
根据本实用新型的一个实施例，蓄能件20包括层叠设置的多个相变材料件，相邻两个相变材料件不同。例如，蓄能件20为石蜡/泡沫镍/红磷、石蜡/膨胀石墨/红磷、石蜡/多孔二氧化硅/红磷、水凝胶相变材料等。
在本实施例中，通过采用不同的相变材料件复合，可以根据不同相变材料的吸热能力，可以组合形成具有不同吸热能力的相变材料组合。
在本实用新型的一些具体实施方式中，相变材料件为层状件。例如，采用板形的两个相变材料件层叠设置，组成了多层复合材料板。
根据本实用新型的一个实施例，热测试工装100还包括导热件30，导热件30位于待测试件200和蓄能件20之间，且分别与待测试件200和蓄能件20接触，以传递热量。在本实施例中，通过采用导热件30，有利于将待测试件200发出的热量及时传递至蓄能件20，提高蓄能件20吸热速率。在待测件为电芯时，电芯的导热或者导热板可通过温度传感器采集。
可选地，导热件30为板形件，便于分别与待测试件200的发热量大的面接触，以及与版形的蓄热件接触，通过扩大接触面积提高传热效率。
在本实用新型的一些具体实施方式中，热测试工装100还包括第一隔热件41，第一隔热件41的至少一部分位于蓄能件20和本体10的内壁面之间，第一隔热件41导热系数较低，可以起到绝热防护效果，待测试件200的一部分热量可以经过蓄能件20的迅速吸收，剩余热量可以受到第一隔热件41的阻挡，积存在第一隔热件41和蓄能件20之间，便于蓄能件20继续吸收热量。可选地，第一隔热件41为板形件，减小了自身在收容空间内的占用空间，同时还扩大了隔热范围。
可选地，第一隔热件41还具有绝缘性能，能够满足一些需要绝缘测试的环境要求。
根据本实用新型的一个实施例，第一隔热件41为硅酸件或气凝胶等，通过采用上述材料，不仅具有导热系数低的优点，还具有绝缘性能。
可选地，第一隔热件41的数量为四个，且分别为板形件，四个第一隔热件41分别位于电芯的四个表面的外侧，通过采用四个第一隔热件41，可以将电芯的四周进行绝缘隔热防护，提高隔热效果。
在本实用新型的一些具体实施方式中，第一隔热件41的一部分位于本体10的内壁面和蓄能件20之间，能够起到进一步避免待测试件200的热量传递至热测试工装100外侧的作用。
根据本实用新型的一个实施例，热测试工装100还包括第二隔热件42，第二隔热件42位于本体10的内壁面和第一隔热件41之间，能够进一步扩大隔热区域，提高隔热效果。可选地，第二隔热件42的面积大于第一隔热件41的面积，第一隔热件41在本体10上的正投影位于第二隔热件42在本体10上的正投影内部。
可选地，第二隔热件42的数量为四个，且分别为板形件，为了便于说明，可以将与电芯的两个小面对应的第二隔热件42定义为上绝热板421和下绝热板422，上绝热板421位于电芯的上方，下绝热板422位于电芯的下方；并可以将电芯的端面对应的第二隔热件42定义为前绝热板423和后绝热板424。
在本实用新型的一些具体实施方式中，本体10包括多个盖板50，多个盖板50围合有收容空间，至少两个盖板50之间可拆卸地连接，在本实施例中，通过两个盖板50可拆卸地连接，易拆解和组装。可选地，本体10采用木桶拼接式设计，所有结构件利用嵌套和紧固螺母进固定，不需焊接和铆钉，可多次拆卸和重复使用，可根据电芯针刺位置进行调整和取空，不需要重新设计，加工工艺简单，无需复杂操作工艺流程，灵活性强。例如，本体10包括六个盖板50，为了便于说明，将六个盖板50分为上盖板51、下盖板52和外紧固板，外紧固板包括前紧固板53、后紧固板54、左紧固板55和右紧固板56，相邻两个盖板50可拆卸地连接。
在本实施例中，本体10通过采用结构件叠加，能够根据实验目的需求将结构件进行替换，从而满足不同实验的用途。
根据本实用新型的一个实施例，每两个相邻两个盖板50之间通过螺母可拆卸地连接。也就是说，本体10通过采用结构件叠加，无任何焊接和铆钉工艺紧固，可以使用常用螺母进行固定，易拆解和组装，可重复使用。
其中，在待测件为电芯时，可以根据电芯长度，调整压力传感器83数量，以及电芯数量多少调节紧固螺母的深度。
在本实用新型的一些具体实施方式中，本体10上设有第一通孔511，第一通孔511与收容空间连通，以穿过测试件，热测试工装100还包括密封件60，密封件60与本体10活动连接，以打开或者封闭第一通孔511。可选地，上盖板51上开设有第一通孔511。
下面以待测试件200为电芯为例进行说明。
本体10上设有三个第一通孔511，该第一通孔511可以作为针刺出入口和热电偶出线口，每个第一通孔511的位置可以对应电芯的正极、负极和电芯小面的中间位置。其中电芯的外表面可以包括大面、电小面和端面，电芯大面的面积大于电芯小面的面积。例如，电芯的两个大面朝向左右两侧，电芯的两个小面朝向上下两侧，两个端面朝前后两侧。其中一个小面与三个第一通孔511对应。
当针刺电池正极时，只需要将对应的第一通孔511的密封件60启动开启状态，其它第一通孔511保持封闭状态，针刺钢钉按照规定速度在开启第一通孔511进行试验，这种椭圆形的第一通孔511可根据电芯位置进行适当调整。
可见，在本实施例中，通过在本体10上设有第一通孔511，有利于穿过测试件，以对待测试件200进行测试。并且在无需测试的时候通过密封件60关闭第一通孔511。
根据本实用新型的一个实施例，本体10上设有第二通孔561，第二通孔561与收容空间连通，热测试工装100还包括活动件70，活动件70的第一端通过第二通孔561伸入收容空间，活动件70能够沿着第二通孔561的轴线活动，以对待测试件200施加压力。例如，活动件70为紧固螺母，通过调节紧固螺母可以对待测试件200施加紧固力。紧固螺母可以反复利用，降低成本。可选地，右紧固板56开设有第二通孔561。
在本实施例中，通过在本体10上设置第二通孔561，活动件70可以穿过第二通孔561，并且还能够沿着第二通孔561的轴线运动，通过活动件70能够对本体10施加压力，不仅能够对待测试件200起到固定作用，还能够对待测试件200进行压力测试。
在本实用新型的一些具体实施方式中，热测试工装100还包括第一板81、第二板82和压力传感器83，第一板81和第二板82间隔开分布且相对设置，第一板81和第二板82位于活动件70的第一端和待测试件200之间，第二板82与活动件70的第一端对应，压力传感器83安装于第一板81和第二板82之间。在待测件为电芯时，电芯两侧受到第一板81和第二板82的固定受力，利用紧固螺母扭紧释放的紧固力给压力传感器83，压力传感器83传递施加的力，便于判断电芯受力大小。
其中，第一板81和第二板82可以起到压力均匀板的作用。第一板81和第二板82分别为板形件，便于其与压力传感器83紧贴，操作技术人员可对应调节活动件70，控制压力传感器83显示的传递力大小。
下面以待测试件200为电芯为例进行说明。
活动件70为紧固螺母，紧固螺母的数量为三个，通过调节每个紧固螺母施加紧固力，紧固力施加压力均匀板，压力均匀板与压力传感器83紧贴，当压力传感器83的传递力显示不同时，操作技术人员可对应调节紧固螺母，从而保持三个压力传感器83受到力相同，促使压力传感器83的上一个压力均匀板对应的面受力大小相同，该力最终施加至电芯，提高了电芯的受力均匀性，避免因电芯受力不均匀而影响电芯的内部结构变化，导致电芯产生破坏。
在本实施例中，通过采用活动件70、第一板81和第二板82相互配合，一方面，将电芯紧固使电芯与其它结构件紧贴压紧；另一方面，通过压力传感器83显示的传输力的大小来间接识别电芯受力大小，避免施加力过大而将电芯破坏。
根据本实用新型的一个实施例，本体10为绝缘件，可以满足一些需要本体10绝缘的测试的需要。
可选地，上盖板51、上绝热板421、下绝热板422、下盖板52与电芯的顶部和底部的小面紧贴。上绝热板421的三个用于针刺实验的针刺口与上盖板51的第一通孔511一一对应。通过紧固上盖板51的紧固螺母、下盖板52的紧固螺母、外紧固板的紧固螺母将电芯、导热件30、蓄能件20、气凝胶、压力均匀板等紧固成热模组。
可选地，电芯的左侧的大面和右侧的大面的外侧分别依次设置有板形的导热件30、两层相变材料件、一层第一隔热件41、压力均匀板、压力传感器83、紧固螺母等。在待测试件200为电芯时，可以通过电芯触发后可计算获得导热件30、两层相变材料件的热量，电芯进行热释放后，热量可以通过导热件30传递到相邻的多层相变材料件。每种相变材料件可以根据自己吸热能力尺度进行工作，可以预先测得每种相变材料件的吸热最大值。
可选地，在安装时，可以按照上盖板51、下盖板52、左紧固板55、右紧固板56、前紧固板53、后紧固板54通过螺钉固定，然后再将紧固螺母紧固压力均匀板，压力均匀板可以将力释放给压力传感器83。可选地，压力传感器83会显示受力大小，便于识别施加力是否过大，避免因施加作用力破坏电芯。
本实用新型还提供了一种电芯热测试设备，包括上述任一实施例的热测试工装100，也就是说，上述实施例的热测试工装100可以对电芯进行热测试，具有实用性和通用性。
其中，在热测试工装100采用多个盖板50可拆卸连接的结构，可更换的蓄能件20等时组成了可重复利用的模组，可以进行不同类型的热失控安全测试，得到不同电芯、不同相变材料件的吸热能力，判别相变材料对于电芯热失控的防控能力，选择适合不同容量电芯的热安全防护的相变材料件组合。
在对电芯的热失控的热量进行测量时，可以结合待测电池的重量、导热件30的导热系数、比热容、热电偶采集数据、压力传感器83的约束力、针刺速度、针刺深度、实验现象等参考量。并且，该热测试工装100可以进行电池单体的热蔓延测试，可以根据电池单体热蔓延的测试结果指导电池热管理系统的设计与运行，并保留电池模组原始结构，测试结果更准确和更具有可信性，适用于多种电池包模组测试，为多平台提供热测量技术参考。
此外，本实用新型实施例的热测试工装100不限于同款电芯，可适用多种类型的电芯热失控安全，如针刺、加热或者整个模组作为热源。可选地，热测试工装100的底部置放液冷板或者顶部液冷板，验证液冷吸热模式。
本实用新型实施例的热测试工装100可以基于单电芯热失控产生热量进行模组设计，通过量热模组设计，获得针刺或者加热等效实际电池包应用场景的热失控产生的热量，从能量原理上分析热量释放，为电池包层级热安全设计提供一种技术参考和指导。
虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (17)
1.一种热测试工装，其特征在于，包括：
本体，所述本体具有收容空间，所述收容空间内容置有待测试件，所述待测试件在测试过程中产生热量；
蓄能件，所述蓄能件安装于所述收容空间，所述蓄能件能够吸收所述待测试件在测试过程中产生的至少一部分热量，并且吸收的热量能够被测量。
2.根据权利要求1所述的热测试工装，其特征在于，所述蓄能件包括相变材料件。
3.根据权利要求2所述的热测试工装，其特征在于，所述蓄能件为石蜡、泡沫镍、红磷、膨胀石墨、石多孔二氧化硅和水凝胶中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的热测试工装，其特征在于，所述蓄能件包括层叠设置的多个相变材料件，相邻两个所述相变材料件不同。
5.根据权利要求2所述的热测试工装，其特征在于，所述相变材料件为层状件。
6.根据权利要求1所述的热测试工装，其特征在于，还包括：
导热件，所述导热件位于所述待测试件和所述蓄能件之间，且分别与所述待测试件和所述蓄能件接触，以传递热量。
7.根据权利要求1所述的热测试工装，其特征在于，还包括：
第一隔热件，所述第一隔热件的至少一部分位于所述蓄能件和所述本体的内壁面之间。
8.根据权利要求7所述的热测试工装，其特征在于，所述第一隔热件为硅酸件或气凝胶。
9.根据权利要求7所述的热测试工装，其特征在于，所述第一隔热件的一部分位于所述本体的内壁面和所述蓄能件之间。
10.根据权利要求9所述的热测试工装，其特征在于，还包括：
第二隔热件，所述第二隔热件位于所述本体的内壁面和所述第一隔热件之间。
11.根据权利要求1所述的热测试工装，其特征在于，所述本体包括：
多个盖板，多个所述盖板围合有所述收容空间，至少两个所述盖板之间可拆卸地连接。
12.根据权利要求11所述的热测试工装，其特征在于，每两个相邻两个所述盖板之间通过螺母可拆卸地连接。
13.根据权利要求1所述的热测试工装，其特征在于，所述本体上设有第一通孔，所述第一通孔与所述收容空间连通，以穿过测试件，所述热测试工装还包括：
密封件，所述密封件与所述本体活动连接，以打开或者封闭所述第一通孔。
14.根据权利要求1所述的热测试工装，其特征在于，所述本体上设有第二通孔，所述第二通孔与所述收容空间连通，所述热测试工装还包括：
活动件，所述活动件的第一端通过所述第二通孔伸入所述收容空间，所述活动件能够沿着所述第二通孔的轴线活动，以对所述待测试件施加压力。
15.根据权利要求14所述的热测试工装，其特征在于，还包括：
第一板和第二板，所述第一板和所述第二板间隔开分布且相对设置，所述第一板和第二板位于所述活动件的第一端和所述待测试件之间，所述第二板与所述活动件的第一端对应；
压力传感器，所述压力传感器安装于所述第一板和所述第二板之间。
16.根据权利要求1所述的热测试工装，其特征在于，所述本体为绝缘件。
17.一种电芯热测试设备，其特征在于，包括权利要求1-16中任一所述的热测试工装。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202320990647.8U CN219641127U (zh) | 2023-04-23 | 2023-04-23 | 热测试工装和电芯热测试设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN219641127U true CN219641127U (zh) | 2023-09-05 |
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Family Applications (1)
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2023
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