CN108828384A - 一种电池内短路的模拟装置及模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池内短路的模拟装置及模拟方法，模拟装置包括：电池；热缩膜：于电池内与电池两极连接，所述热缩膜在达到热缩温度时收缩；加热单元：用于加热所述电池至热缩温度；数据采集单元：通过感应器件与所述电池连接，用于采集所述电池在加热触发电池内短路过程中的电池本体特征参数。本发明提供的技术方案，保证了电池在触发内短路前后的结构完整性，而且能够准确的捕捉电池内短路的本体特征变化及电池发生内短路后的危害程度，为及时预测和发现电池内短路，并为安全装置防护设计和人员防护提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池安全模拟装置，具体涉及一种电池内短路的模拟装置及模拟方法。
背景技术
电池使用的安全风险主要来自两个方面，一是外界环境的影响，二是电池内部的缺陷或其他因素造成的电池内部故障；对于外界环境的影响，当前国内外已经制定了多项关于电池安全的检测标准，比较全面地考虑了电池在正常使用、合理可预见范围内的误用和滥用条件，设置了如挤压、碰撞、跌落和过充等不同形式的安全性试验项目，涵盖了电池实际使用过程中由于外部环境可能造成的安全风险；而对于电池内部的缺陷或其他因素造成的内部故障的检测标准，因现有技术很难及时、有效的预知和发现，相应地很难以重复性的检测和判断；实际上，电池内部问题造成的电池安全风险最大，也是电池安全事故中的主要诱发因素，当前的许多锂离子电池的安全事故都与电池内部的缺陷或其他因素造成的电池内短路故障有关。
电池内短路的发生往往在电池内部的一个极小的点，短时期间对电池的不利影响有限，且对应的电池参数变化不确定，如何及时预测和发现电池内短路是电池安全问题中急需解决的一个难点，尽管已有的环境适用性测试如针刺，挤压等都会造成电池内短路，但是这种剧烈的方式使电池发生严重损坏，破坏了电池的完整性，与电池内短路实际发生时的情况相差甚远。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供一种基于热缩膜的电池内短路模拟方法和装置，通过在电池内部设置与电池两极连接的热缩膜并加热所述电池，从而形成一种电池内短路的模拟方法，再经过不断采集电池加热过程中发生内短路时及内短路后的温度、电压、电流、红外热像和***冲击波，能够真切模拟电池实际使用过程中的内短路状态，并准确捕捉电池内短路的状态变化，为及时预测和发现电池内短路，并为电池防护装置的设计和人员防护提供参考，保障锂离子电池安全使用和人员安全。
本发明通过如下技术方案实现：
一种电池内短路的模拟装置，所述模拟装置包括：
电池：热缩膜：于电池内与电池两极连接，所述热缩膜在达到热缩温度时收缩；
加热单元：用于加热所述电池至热缩温度；
数据采集单元：通过感应器件与所述电池连接，用于采集所述电池在加热触发电池内短路过程中的电池本体特征参数。
优选的，所述热缩膜的数目至少为一，所述连接包括电池隔膜内嵌有的热缩膜与所述电池两极的电池组件的连接。
优选的，所述热缩膜包括厚度与所述电池隔膜中的PE或PP隔膜相同、比所述内嵌的孔隙面积大5％的绝缘体。
优选的，所述热缩膜包括单层或多层结构的PE、PVC、POF或EVA。
优选的，所述热缩膜的热缩温度为70～90℃。
优选的，所述电池为荷电状态SOC 0％-100％的电池。
一种基于热缩膜的电池内短路模拟方法，其包括如下步骤：
(1)于电池内设置与电池两极连接的在热缩温度下收缩的热缩膜；
(2)加热所述电池触发所述电池内短路；
(3)采集加热所述电池至所述电池短路过程中的电池本体的特征参数。
优选的，所述加热方法包括激光加热、远红外加热、电阻丝加热、微波加热、环境试验箱或电池充放电方法。
优选的，采集的所述参数包括将所述电池加热至所述热缩膜收缩电池内短路过程中的温度、电压和电流。
和最接近的现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
本发明提供的一种电池内短路的模拟装置，在电池两极连接了热缩膜，热缩膜随温度由完整形貌发生收缩引发了电池内短路，保证了电池在发生内短路前的结构完整性，而且能够真切模拟电池实际使用过程中发生的内短路状态，并准确捕捉电池内短路的状态变化，为及时预测和发现电池内短路，为防护装置的设计提供参考，对电池设计的安全性能评估和电池使用过程中的安全问题研究具有重要作用。
附图说明
图1为本发明实施例所述电池内短路的触发装置电池的主视图；
图2为本发明实施例所述热缩膜内嵌在隔膜中的俯视图；
图3为本发明实施例所述热缩膜发生热收缩后的俯视图；
其中，A-模拟装置，B-电池，B+-正极，B--负极，B10-正极集流体，B20-正极材料，B30-隔膜，B40-负极材料，B50-负极集流体，C-热缩膜。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细说明：
如图1所示，一种基于热缩膜的电池内短路的测试装置A，其包括如下组件：
电池B包括：正极B+、隔膜B30和负极B—，所述正极B+包括正极材料B20和正极集流体B10，所述负极B—包括负极材料B40和负极集流体B50；
热缩膜C：热缩膜在温度达到热缩温度时收缩，接通电池正负极，触发电池内短路；
加热单元：用于加热所述电池至热缩温度区间；
数据采集单元：通过感应器件与所述电池连接，用于采集所述含热缩膜的电池在加热过程中的温度、电压、红外热像和燃烧***冲击波。
实施例1
一种电池内短路的模拟装置：
电池：包括正极B+、隔膜B30和负极B—
热缩膜：为圆形单层结构的PE(聚乙烯)，内嵌在隔膜B30中与电池电极接触，收缩前的横截面积为被内嵌隔膜孔面积的105％；
加热单元：微波加热装置；
数据采集单元：为充放电测试仪，通过感应器件与所述电池连接，用于采集所述电池在加热触发电池内短路过程中的电池本体特征参数。
一种基于热缩膜的电池内短路模拟方法，包括如下步骤：
(1)将电池荷电状态(SOC)设置为100％；
(2)于70～90℃温度范围加热所述电池，
并使用充放电测试仪采集电池加热过程中热缩膜热缩造成电池内短路时的温度、电压、红外热像和燃烧***冲击波。
所述热缩膜在75℃下发生热缩，热缩后，所述电池正负极接触，从而引发电池内短路。
实施例2
一种电池内短路的模拟装置：
电池：包括正极B+、隔膜B30和负极B—
热缩膜：为矩形单层结构的PVC(聚氯乙烯)，内嵌在隔膜B30中与电池电极接触，收缩前的横截面积为被内嵌隔膜孔面积的105％；
加热单元：激光加热装置；
数据采集单元：为充放电测试仪，通过感应器件与所述电池连接，用于采集所述电池在加热触发电池内短路过程中的电池本体特征参数。
一种基于热缩膜的电池内短路模拟方法，包括如下步骤：
(1)将电池荷电状态(SOC)设置为50％；
(2)于70～90℃温度范围加热所述电池，
并使用充放电测试仪采集电池加热过程中热缩膜热缩造成电池内短路时的温度、电压、红外热像和燃烧***冲击波。
所述热缩膜在80℃下发生热缩，热缩后，所述电池正负极接触，从而引发电池内短路。
实施例3
一种电池内短路的模拟装置：
电池：包括正极B+、隔膜B30和负极B—
热缩膜：为矩形双结构的POF(聚烯烃)，内嵌在隔膜B30中与电池电极接触，收缩前的横截面积为被内嵌隔膜孔面积的105％；
加热单元：红外加热装置；
数据采集单元：为充放电测试仪，通过感应器件与所述电池连接，用于采集所述电池在加热触发电池内短路过程中的电池本体特征参数。
一种基于热缩膜的电池内短路模拟方法，包括如下步骤：
(1)将电池荷电状态(SOC)设置为80％；
(2)于70～90℃温度范围加热所述电池，
并使用充放电测试仪采集电池加热过程中热缩膜热缩造成电池内短路时的温度、电压、红外热像和燃烧***冲击波。
所述热缩膜在85℃下发生热缩，热缩后，所述电池正负极接触，从而引发电池内短路。
实施例4
一种电池内短路的模拟装置：
电池：包括正极B+、隔膜B30和负极B—
热缩膜：为矩形双层结构的EVA(乙烯-醋酸乙烯聚物)，内嵌在隔膜B30中与电池电极接触，收缩前的横截面积为被内嵌隔膜孔面积的105％；
加热单元：激光加热装置；
数据采集单元：为充放电测试仪，通过感应器件与所述电池连接，用于采集所述电池在加热触发电池内短路过程中的电池本体特征参数。
一种基于热缩膜的电池内短路模拟方法，包括如下步骤：
(1)将电池荷电状态(SOC)设置为0％；
(2)于70～90℃温度范围加热所述电池，
并使用充放电测试仪采集电池加热过程中热缩膜热缩造成电池内短路时的温度、电压、红外热像和燃烧***冲击波。
所述热缩膜在90℃下发生热缩，热缩后，所述电池正负极接触，从而引发电池内短路。
图2-3是本发明中采用在电池隔膜中内嵌1个热缩膜的完整形貌及收缩状态的俯视图，本发明提供的技术方案，所述电池隔膜中还可内嵌多个热缩膜，多个热缩膜和电池两极的不同组件连接，从而能够模拟电池内部不同类型和不同规模的内短路现象的发生。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池内短路的模拟装置，其特征在于，所述模拟装置包括：
电池；热缩膜：置于电池内，且与电池两极连接，所述热缩膜在达到热缩温度时收缩；
加热单元：用于加热所述电池至热缩温度；
数据采集单元：通过感应器件与所述电池连接，用于采集所述电池在加热触发电池内短路过程中的电池本体特征参数。
2.如权利要求1所述的一种电池内短路的模拟装置，其特征在于，所述热缩膜的数目至少为一，所述置于电池内，且与电池两极连接为电池隔膜内嵌有的热缩膜与所述电池两极的电池组件的连接。
3.如权利要求2所述的一种电池内短路的模拟装置，其特征在于，所述热缩膜包括厚度与所述电池隔膜中的PE或PP隔膜相同。
4.如权利要求2所述的一种电池内短路的模拟装置，其特征在于，所述热缩膜为比所述内嵌的孔隙面积大5％的绝缘体。
5.如权利要求1所述的一种电池内短路的模拟装置，其特征在于，所述热缩膜包括单层或多层结构的PE、PVC、POF或EVA。
6.如权利要求1所述的一种电池内短路的模拟装置，其特征在于，所述热缩膜的热缩温度为70～90℃。
7.如权利要求1所述的一种电池内短路的模拟装置，其特征在于，所述电池为荷电状态SOC 0％-100％的电池。
8.一种基于热缩膜的电池内短路模拟方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)于电池内设置与电池两极连接的在热缩温度下收缩的热缩膜；
(2)加热所述电池触发所述电池内短路；
(3)采集加热所述电池至所述电池短路过程中的电池本体的特征参数。
9.如权利要求8所述的一种基于热缩膜的电池内短路模拟方法，其特征在于，所述加热方法包括激光加热、远红外加热、电阻丝加热、微波加热、环境试验箱或电池充放电方法。
10.如权利要求8所述的一种基于热缩膜的电池内短路模拟方法，其特征在于，采集的所述参数包括将所述电池加热至所述热缩膜收缩电池内短路过程中的温度、电压和电流。
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