CN103837834B - 电池热失控特性的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池热失控特性的测试方法，包括：选取一模拟物；将所述模拟物放置于所述量热仪内；对所述量热仪进行校准，获得校准数据，校准完毕后，将所述模拟物取出；将待测电池样品放入量热仪内，利用所述校准数据，对所述待测电池样品进行热失控测试。

Description

电池热失控特性的测试方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池热失控特性的测试方法。

背景技术

在能源危机与环境污染的双重压力下，汽车动力***电动化逐渐成为未来汽车的技术发展主流。汽车动力***电动化的主要特征之一即使用动力电池作为汽车主要的能量供给来源。然而，近年来因动力电池热失控发生起火、***的事故时有发生，动力电池的安全性问题不仅严重威胁人民群众的生命财产安全，并且阻碍了电动汽车的大规模产业化。对动力电池热失控行为进行研究，特别是对大容量动力电池热失控行为进行研究，对解决动力电池安全性问题具有重要的意义，例如可根据动力电池的热失控行为对动力电池的热失控原理进行研究，进而找出解决动力电池热失控的关键因素，或可根据动力电池的热失控行为对电动汽车的电池安全保护装置进行设计来避免动力电池热失控的发生等等。

评估电池热失控行为的其中一种方法是采用加速量热仪来进行热失控测试。加速量热仪在电池热失控测试中可以提供绝热的环境，因此，可以准确获得电池在热失控过程中释放的热量。在测试过程中，待测电池样品先被量热仪快速加热，直至检测到待测电池样品本身出现自生热为止。在量热仪快速加热的过程中，设定一时间间隔，在该时间间隔内，量热仪暂停对待测电池样品的快速加热，并观察待测电池样品表面温度是否出现自主上升。若待测电池样品表面温度出现自主上升，则表示待测电池样品出现自生热。待测电池样品刚开始出现自生热的温度称为待测电池样品的放热始点。待测电池样品出现自生热后，量热仪停止对待测电池样品进行快速加热，而是开始在待测电池样品周围提供绝热环境，使得待测电池样品产生的热量全部用于自身的升温。绝热环境的获得需要满足一个核心条件，即待测电池样品表面的温度与量热仪的量热腔内壁温度始终相等。

待测电池样品表面的温度和量热腔内壁的温度分别由第一温度传感器和第二温度传感器测量。量热仪在发现第一温度传感器与第二温度传感器的温度差异后，通过补充热量来消除此温度差异。然而，由于不同的温度传感器存在不同，在实际温度相等时，量热仪读取到的温度传感器模拟量却可能存在差异，量热仪为了弥补这个差异，就会错误地补充多余的热量或少补充了能量，不仅使量热仪在快速升温阶段无法准确找到待测电池样品的放热始点，也无法为待测电池样品提供绝热的量热环境。所述温度传感器模拟量是指温度传感器随温度变化直观反应出的输出信号，例如当所述温度传感器为热电阻传感器时，所述温度传感器模拟量是指随温度变化的电阻值。

因此，量热仪使用之前需要进行校准，以消除不同传感器测量模拟量的差异。但在通常的校准方法中，量热仪内部没有样品，而在实际测试中，尤其是在大容量动力电池的测试过程中，待测电池样品的会吸热会导致样品表面温度低于校准过程中的设定值，因此，实际热失控测试过程中，在停止加热的时间间隔中，样品表面温度会逐渐下降，这种下降会覆盖样品本身的自生热，使得实验过程中无法准确找到样品的放热始点，而放热始点标志着待测电池样品自生热的开始，对于热失控特性分析具有非常重要的意义。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种能够准确获得电池热失控特性的测试方法。

本发明提供一种电池热失控特性的测试方法，包括：

选取一模拟物，所述模拟物的质量与比热容的乘积和待测电池样品的质量与比热容的乘积的相对误差小于等于10％；

将所述模拟物放置于一量热仪内；

对所述量热仪进行校准，获得校准数据，校准完毕后，将所述模拟物取出；

将待测电池样品放入所述量热仪内，利用所述校准数据，对所述待测电池样品进行热失控测试。

与现有技术相比，本发明提供的电池热失控特性的测试方法能在所述量热仪使用过程中完成准确的校准工作，从而在热失控测试中能准确地测试出电池的放热始点等热失控特性，可为动力电池热失控原理的研究及电动汽车电池安全保护装置的设计提供准确的参考依据。

附图说明

图1为本发明提供的电池热失控特性测试方法所应用的一种量热仪的结构示意图。

图2为本发明提供的电池热失控特性的测试方法流程图。

图3为本发明实施例量热仪校准过程中记录的校准曲线图。

图4为本发明实施例所述待测电池样品的热失控测试曲线图。

图5为本发明实施例所述待测电池样品的热失控测试曲线图中放热始点附近的放大图。

主要元件符号说明

量热仪100

量热腔110

顶盖120

第一温度传感器130

第二温度传感器140

固定支架150

螺杆152

螺母154

第一顶板156

第二顶板158

模拟物200

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式及附图，对本发明提供的电池热失控特性的测试方法作进一步的详细说明。

请参阅图1，一量热仪100包括一量热腔110、一顶盖120、一第一温度传感器130及一第二温度传感器140，所述第一温度传感器130用于监测待测电池样品表面的温度，所述第二温度传感器140用于监测所述量热腔110的温度。在本发明实施例中，使用英国THT公司生产的大型加速量热仪EV-ARC进行热失控测试。

所述量热仪进一步包括一固定支架150用于固定所述待测电池样品，所述固定支架150可吊装在所述顶盖120上。所述固定支架150包括多个螺杆152、多个螺母154、一第一顶板156及一第二顶板158，所述第一顶板156和所述第二顶板158可通过所述螺母154固定在所述螺杆152上，所述第一顶板156和所述第二顶板158可相对设置，且可沿所述螺杆158上下移动。

请一并参阅图1及图2，一种动力电池热失控特性的测试方法，包括：

S1，选取一模拟物200；

S2，将所述模拟物200放置于所述量热仪100内；

S3，对所述量热仪100进行校准，获得校准数据，校准完毕后，将所述模拟物200取出；

S4，将待测电池样品放入量热仪内，利用所述校准数据，对所述待测电池样品进行热失控测试。

在步骤S1中，所述模拟物200用于在校准过程中模拟所述待测电池样品的温度场分布，从而能使步骤S3获得更准确的所述校准数据。优选地，所述模拟物200的质量与比热容的乘积和所述待测电池样品的质量与比热容的乘积的相对误差可小于等于10％，从而使所述模拟物200可较为准确的模拟出所述待测电池样品的温度场分布。更为优选地，所述模拟物200的质量与比热容的乘积和所述待测电池样品的质量与比热容的乘积的相对误差可小于等于5％。更为优选地，所述模拟物200的质量与比热容的乘积可与所述待测电池样品的质量与比热容的乘积相同。所述待测样品的比热容可利用现有技术中通用的测试方法进行测量。

进一步地，所述模拟物200的形状可与所述待测电池样品的形状相同。所述形状可以用多个形状参数来进行表征，例如当所述形状为长方体时，该长方体可以用长、宽和高来进行表征。优选地，所述模拟物200的各形状参数与所述待测电池样品对应形状参数的相对误差可均小于等于10％，例如当所述待测电池样品为长方体时，所述模拟物200可为长方体，且所述模拟物200的长、宽或高与所述待测电池样品对应的长、宽或高的相对误差可均小于等于10％，以使所述模拟物200可更准确的模拟出所述待测电池样品的温度场分布。更为优选地，所述模拟物200与所述待测电池样品的形状相同，且各形状参数也相同。更为优选地，所述模拟物200质量与比热容的乘积和所述电池质量与比热容的乘积相同，且所述模拟物200与所述待测电池样品的形状相同，各形状参数也相同，以使所述模拟物200的温度场分布与所述待测电池样品的温度场分布完全相同。

在本发明实施例中，所述待测电池样品的质量为0.72kg，比热容为1100J/(kg·K)，该待测电池样品的形状为长方体，该待测电池样品的长宽高分别为146mm、92mm和26mm；所述模拟物的材质铝块，质量为0.91kg，铝的比热容为903J/(kg·K)，该模拟物的形状为长方体，该模拟物的长宽高分别为150mm、90mm和25mm。该模拟物与该待测电池样品的质量和比热容乘积的相对误差为4％。该模拟物与该待测电池样品的长宽高相对误差分别为3％，2％和4％。

在步骤S2中，将所述模拟物200放置于所述量热仪100内时，可将所述模拟物200悬空放置于所述量热仪100内，以保证所述模拟物200不与所述量热腔110侧壁和所述顶盖120相互接触。可将所述模拟物200吊装在所述顶盖120上，使所述模拟物200悬空。优选地，可进一步使用所述固定支架150固定所述模拟物200。可用所述第一顶板156和所述第二顶板158将所述模拟物200夹紧，以使所述模拟物200固定，并吊装在所述量热仪100内。

在步骤S3中，对所述量热仪100进行校准前，可进一步包括一将所述第一温度传感器130夹紧在所述模拟物200与所述第一顶板156之间或所述模拟物200与所述第二顶板158之间进行固定的步骤，以所述第一温度传感器130在校准过程中不会从所述模拟物200脱离。

在步骤S3中，对所述量热仪100进行校准时，可使用所述量热仪100自带的校准算法进行校准。在进行校准时，所述量热仪100进行升温，且每隔一温度间隔维持一个温度平台，并对不同温度平台下第一温度传感器140和第二温度传感器150的模拟量数值进行记录并求差值。所述温度间隔可在校准前自行设置。优选地，所述温度间隔可为5～25℃，这一温度间隔的范围即可使校准在较短时间内完成，又能获得较多的不同温度平台下的差值，提高了所述校准数据的准确性。得到不同温度平台下的所述差值后，量热仪利用其自带的算法例如线性拟合等方法对所述差值进行处理，并由此得到所有温度下的第一温度传感器和第二温度传感器的模拟量数值的差值，此即为所述校准数据。图3为本发明实施例在校准过程中所记录的校准曲线，在本发明中实施例中，所述温度间隔为25℃。

在步骤S4中，将所述待测电池样品放入所述量热仪100内时，可将所述待测电池样品悬空放置于所述量热仪100内，以保证所述待测电池样品不与所述量热腔110和所述顶盖120相互接触。可进一步使用所述固定支架150用于固定所述所述待测电池样品。可将所述待测电池样品夹紧在所述第一顶板156和所述第二顶板之间，使所述待测电池样品固定，并吊装在所述量热仪100内。

在进行所述热失控测试时，可进一步包括一将所述第一温度传感器130夹紧在所述待测电池样品与所述第一顶板156之间或所述待测电池样品与所述第二顶板158之间进行固定的步骤，以避免现有技术中将所述第一温度传感器130通过胶带粘帖在所述待测电池样品表面时，在热失控测试过程中胶带因高温耐受性差而从待测电池样品表面脱落或所述待测电池样品因升温膨胀而使胶带从待测电池样品表面脱落，使得所述第一温度传感器130不再能够反映所述待测电池样品表面的温度的问题。可利用所述量热仪自带的热失控测试规程对所述待测电池样品的热失控特性进行测试。图4为本发明实施例所述待测电池样品的热失控测试曲线图，图5为图4放热始点附近的放大图。从图4和图5可以看出该待测电池样品的自生热始点为85℃，该待测电池样品在200℃左右彻底热失控而发生起火***。

与现有技术相比，本发明提供的电池热失控特性的测试方法能在所述量热仪使用过程中完成准确的校准工作，从而在热失控测试中能准确地测试出电池的放热始点等热失控特性，可为动力电池热失控原理的研究及电动汽车电池安全保护装置的设计提供准确的参考依据。

Claims (10)

1.一种电池热失控特性的测试方法，包括：

选取一模拟物，所述模拟物的质量与比热容的乘积和待测电池样品的质量与比热容的乘积的相对误差小于等于10％；

将所述模拟物放置于一量热仪内；

对所述量热仪进行校准，获得校准数据，校准完毕后，将所述模拟物取出；

将所述待测电池样品放入量热仪内，利用所述校准数据，对所述待测电池样品进行热失控测试。

2.如权利要求1所述的电池热失控特性的测试方法，其特征在于，所述模拟物的质量与比热容的乘积和所述待测电池样品的质量与比热容的乘积相同。

3.如权利要求1和2任意一项所述的电池热失控特性的测试方法，其特征在于，所述模拟物的形状与所述待测电池样品的形状相同。

4.如权利要求3所述的电池热失控特性的测试方法，其特征在于，所述模拟物和待测电池样品的形状用多个形状参数来进行表征时，所述模拟物的各形状参数与所述待测电池样品对应的形状参数的相对误差均小于等于10％。

5.如权利要求3所述的电池热失控特性的测试方法，其特征在于，所述模拟物和待测电池样品的形状用多个形状参数来进行表征时，所述模拟物的各形状参数与所述待测电池样品对应的形状参数均相同。

6.如权利要求1所述的电池热失控特性的测试方法，其特征在于，所述量热仪包括一顶盖、一量热腔、一第一温度传感器和一第二温度传感器，所述第一温度传感器用于监测所述模拟物或所述待测电池样品的表面温度，所述第二温度传感器用于监测所述量热腔的温度。

7.如权利要求6所述的电池热失控特性的测试方法，其特征在于，对所述量热仪进行校准时，将所述量热仪进行升温，且每隔一温度间隔维持一个温度平台，并对不同温度平台下所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的模拟量数值进行记录并求差值。

8.如权利要求7所述的电池热失控特性的测试方法，其特征在于，得到不同温度平台下的所述差值后，所述量热仪对所述差值进行处理，得到所有温度下的所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的模拟量数值的差值，此即为所述校准数据。

9.如权利要求6所述的电池热失控特性的测试方法，其特征在于，所述量热仪进一步包括一固定支架，所述固定支架吊装在所述顶盖上，所述固定支架包括一第一顶板和一第二顶板，所述第一顶板和所述第二顶板相对设置，所述模拟物或所述待测电池样品通过夹紧在所述第一顶板和所述第二顶板间固定在所述固定支架上。

10.如权利要求9所述的电池热失控特性的测试方法，其特征在于，在校准或热失控测试时，将所述第一温度传感器夹紧在所述模拟物或所述样品电池与所述第一顶板或所述第二顶板间进行固定。