CN110988705A - 电池模组隔热材料可靠性的测试方法及验证方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池模组隔热材料可靠性的测试方法及验证方法。上述电池模组隔热材料可靠性的测试方法，对所述待测电池模组中的每一个电池单体进行充电至预设过充电压，以模拟因电池老化而造成的产气过程。通过对过充后的所述待测电池模组进行热失控实验，并与未过充的第二样本电池模组的实验结果进行对比，可以得到电池模组老化之后隔热材料的隔热性能，对电池模组中隔热材料的性能进行量化，得出电池老化产气挤压对隔热材料的性能产生的影响，进而能够测试全生命周期隔热材料的可靠性。这对于隔热材料的选择具有指导意义，能最大程度保证电池模组的安全性。

Description

电池模组隔热材料可靠性的测试方法及验证方法

技术领域

本申请涉及电池安全测试领域，特别是涉及一种电池模组隔热材料可靠性的测试方法及验证方法。

背景技术

为缓解能源短缺和环境污染问题，我国已经将发展新能源汽车列入战略性新兴技术产业。目前制约电动汽车发展的关键因素依然是锂离子电池，锂离子电池因其具有高比能量、高循环寿命、制造成本适中的优点，是目前汽车实现清洁化的主要依赖能量源。

但是，随着锂离子电池在汽车清洁化过程中的大规模应用，锂离子电池的安全性问题也成为制约锂离子电池发展应用的关键问题之一。由于一些制造缺陷或使用不当等原因，锂离子电池在极端情况下会发生热失控的现象。具体表现为，单个电池因机械滥用(挤压、针刺、碰撞等)、电滥用(过充电、过放电、内短路等)和热滥用等引起单个电池内焦耳热和化学反应热的集聚，致使电池内温度升高，最终引发热失控链式反应，导致电池起火、***，同时热失控的过程电池会放出更多的热量。在散热条件不好的情况下相邻的单体电池被热失控电池从常温加热到触发热失控，这个热失控传播的过程被称为“热失控蔓延”，也被称为“热失控扩散”，“热失控扩展”或“热失控传播”。一旦发生了热蔓延，就意味着大于等于两节单体电池的能量被释放到模组当中，电池***发生次生火灾的概率大大增加，也意味着此时整个模组乃至整个汽车都处在危险的情况下。因此热失控以及蔓延事故极易造成人员伤亡与财产损失。

相关研究表明，目前尚无绝对可靠的方法避免热失控的反生，而热失控蔓延在***层级上可以通过有效的设计方法进行抑制。一种有效的手段是在电池与电池之间加隔热材料，隔热材料由气凝胶，硅酸铝等孔隙率高材料组成，材料中间充满大量的空气，因此有较好的不导热性。在发生热失控的时候，能阻断热量的快速传播，从而减缓甚至抑制热蔓延过程，对电动汽车安全意义不言而喻。但在实际实验过程中，有工程师发现，随着电池模组的使用，一些老化的迹象也逐渐显现，老化后的电池会产生一部分气体，导致单体电池体积变大，体积变大后的电池会挤压隔热材料，导致隔热层比预设的情况薄，根据传热方程可知，变薄的隔热材料隔热性能会变差，这一变化可能使得原本的热失控抑制的能力变差。所以，不仅要在出厂时对隔热材料的可靠性进行测试，还要在隔热材料因为电池发生老化变薄后进行测试。

发明内容

基于此，本申请提供一种电池模组隔热材料可靠性的测试方法及验证方法，以模拟测试隔热材料因为电池发生老化变薄后的隔热性能。

一种电池模组隔热材料可靠性的测试方法，包括：

S10，提供待测电池模组，对所述待测电池模组进行充电至预设过充电压，以模拟老化后产气的电池模组；

S20，当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，将所述待测电池模组恢复至预设荷电状态；

S30，对所述待测电池模组进行热失控实验，获取所述待测电池模组中各电池单体间的温度随时间变化的曲线；

S40，根据所述温度随时间变化的曲线，对所述待测电池模组的隔热性能进行分析，以得出所述待测电池模组中隔热材料的可靠性。

在其中一个实施例中，所述S20，当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，将所述待测电池模组恢复至预设荷电状态的步骤包括：

当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，对所述待测电池模组进行循环充放电至预设容量，以使得所述待测电池模组恢复至预设荷电状态。

在其中一个实施例中，所述S40，根据所述温度随时间变化的曲线，对所述待测电池模组的隔热性能进行分析的步骤包括：

通过所述待测电池模组的电池单体间的温度随时间变化的曲线，获取所述待测电池模组的热失控传播速率，当所述待测电池模组的热失控传播速率大于预设值时，则判定所述待测电池模组隔热材料的隔热性能不满足应用需求。

在其中一个实施例中，所述S10，提供待测电池模组，对所述待测电池模组进行充电至预设过充电压，以模拟老化后产气的电池模组的步骤包括：

获得过充电压与电池单体体积变化的关系；

提供待测电池模组，并根据所述过充电压与电池单体体积变化的关系，对所述待测电池模组中的每一个电池单体进行充电至预设过充电压。

在其中一个实施例中，所述获得过充电压与电池单体体积变化的关系的步骤包括：

选取多个电池单体作为第一样本组，获取所述第一样本组中的每一个电池单体的体积；

对所述第一样本组中的每一个所述电池单体进行充电至预设过充电压，并获取每一个所述电池单体充电后的体积，进而获得过充电压与电池单体体积变化的关系。

在其中一个实施例中，所述第一样本组和所述待测电池模组的电池型号相同。

在其中一个实施例中，采用排液法获取每一个所述电池单体充电后的体积。

在其中一个实施例中，采用加热触发或针刺挤压的方式，进行所述热失控实验。

一种模拟电池模组老化后隔热材料可靠性的验证方法，包括：

S100，选取多个电池单体作为第一样本组，获取所述第一样本组中的每一个电池单体的体积，对所述第一样本组中的每一个所述电池单体进行充电至预设过充电压，并获取每一个所述电池单体充电后的体积，进而获得过充电压与电池单体体积变化的关系；

S200，提供待测电池模组，并根据所述过充电压与电池单体体积变化的关系，对所述待测电池模组中的每一个电池单体进行充电至预设过充电压，以模拟老化后产气的电池模组；

S300，当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，将所述待测电池模组恢复至预设荷电状态；

S400，提供第二样本电池模组，对所述第二样本电池模组和所述待测电池模组分别进行热失控实验，获取对比实验数据；

S500，根据所述对比实验数据，以验证老化后产气的电池模组隔热材料可靠性的可行性。

在其中一个实施例中，所述S400，提供第二样本电池模组，对所述第二样本电池模组和所述待测电池模组分别进行热失控实验，获取对比实验数据的步骤包括：

分别获取所述第二样本电池模组和所述待测电池模组热失控后的，电池单体间的温度随时间变化的曲线。

在其中一个实施例中，所述S500，根据所述对比实验数据，以验证模拟老化后产气的电池模组隔热材料可靠性的可行性的步骤包括：

通过所述第二样本电池模组的电池单体间的温度随时间变化的曲线，获取所述第二样本电池模组的热失控传播速率；

通过所述待测电池模组的电池单体间的温度随时间变化的曲线，获取所述待测电池模组的热失控传播速率；

通过对比所述第二样本电池模组的热失控传播速率和所述待测电池模组的热失控传播速率，进而确定模拟电池模组老化后隔热材料可靠性的可行性。

上述电池模组隔热材料可靠性的测试方法，对所述待测电池模组中的每一个电池单体进行充电至预设过充电压，以模拟因电池老化而造成的产气过程。通过对过充后的所述待测电池模组进行热失控实验，并与未过充的第二样本电池模组的实验结果进行对比，可以得到电池模组老化之后隔热材料的隔热性能，对电池模组中隔热材料的性能进行量化，得出电池老化产气挤压对隔热材料的性能产生的影响，进而能够测试全生命周期隔热材料的可靠性。这对于隔热材料的选择具有指导意义，能最大程度保证电池模组的安全性。

附图说明

图1为本申请一个实施例中提供的电池模组隔热材料可靠性的测试方法流程图；

图2为本申请一个实施例中提供的待测电池模组结构示意图；

图3为本申请一个实施例中提供的电池单体不同程度微过充示意图；

图4为本申请一个实施例中提供的微过充后待测电池模组示意图；

图5为本申请一个实施例中提供的待测电池模组过充实验示意图；

图6为本申请一个实施例中提供的模拟电池模组老化后隔热材料可靠性的验证方法流程图；

图7为本申请一个实施例中提供的未过充电池模组热蔓延实验的温度随时间变化的曲线图；

图8为本申请一个实施例中提供的过充4.4V电池模组热蔓延实验的温度随时间变化的曲线图；

图9为本申请一个实施例中提供的过充4.6V电池模组热蔓延实验的温度随时间变化的曲线图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

近年来锂电池安全成为备受关注的热点问题，锂电池的安全问题一般指的是锂电池的热失控及热蔓延问题，现在解决锂电池的热失控问题面临较大难度，而对于解决锂电池的热蔓延问题则更有希望。研究人员开发不同配方及厚度的隔热材料，以期能减缓热失控在电池之间的传播。但在实际使用过程中，隔热材料的性能会随着使用的过程发生变化，例如，因电池老化产气导致挤压隔热材料，而使得隔热材料厚度变小。为了探究变化过后的隔热材料的性能是否能满足要求，需要对老化后的电池进行测试。但目前对电池模组进行加速老化实验，需要大量的时间金钱的投入。

针对上述问题，本申请一个实施例提供一种电池模组隔热材料可靠性的测试方法。请参见图1，所述测试方法包括：

S10，提供待测电池模组，对所述待测电池模组进行充电至预设过充电压，以模拟老化后产气的电池模组。步骤S10中，所述待测电池模组中包括多个电池单体。相邻电池单体之间设置有一定厚度的隔热材料。一般的，电池模组在生产出来的时候，电池模组内会有一定的预紧力，所以所述待测电池模组也可以具有一定的预紧力。所述待测电池模组的结构具体请参见图2。

S20，当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，将所述待测电池模组恢复至预设荷电状态。步骤S20中，过充之后的电池会比普通电池具有更多的能量，为了消除这一部分能量可能对实验结果带来的影响，所以待电池稳定后可以进行普通容量循环，并将电池恢复到待测SOC水平。即将电池恢复到正常的能量水平，但电池体积膨胀是不可逆转的。

S30，对所述待测电池模组进行热失控实验，获取所述待测电池模组中各电池单体间的温度随时间变化的曲线。步骤S30中，在一个可选的实施例中，采用加热触发、或针刺的方式，进行所述热失控实验。

S40，根据所述温度随时间变化的曲线，对所述待测电池模组的隔热性能进行分析，以得出所述待测电池模组中隔热材料的可靠性。步骤S40中，可以通过所述待测电池模组的电池单体间的温度随时间变化的曲线，获取所述待测电池模组的热失控传播速率。根据所述热失控传播速率可以反映热蔓延所需的时间，当所述待测电池模组的热失控传播速率大于预设值时，则判定所述待测电池模组隔热材料的隔热性能不满足应用需求。即老化至此程度的待测电池模组不适合继续使用，需要及时更换新的电池模组。

本实施例中，对所述待测电池模组中的每一个电池单体进行充电至预设过充电压，以模拟因电池老化而造成的产气过程。通过对过充后的所述待测电池模组进行热失控实验，可以得到电池模组老化之后隔热材料的隔热性能，对电池模组中隔热材料的性能进行量化，得出电池老化产气挤压对隔热材料的性能产生的影响，进而能够测试全生命周期隔热材料的可靠性。这对于隔热材料的选择具有指导意义，能最大程度保证电池模组的安全性。

在其中一个实施例中，所述S10，提供待测电池模组，对所述待测电池模组进行充电至预设过充电压，以模拟老化后产气的电池模组的步骤包括：

获得过充电压与电池单体体积变化的关系。提供待测电池模组，并根据所述过充电压与电池单体体积变化的关系，对所述待测电池模组中的每一个电池单体进行充电至预设过充电压。

在一个可选的实施例中，所述获得过充电压与电池单体体积变化的关系的步骤可以为选取多个电池单体作为第一样本组。在一个可选的实施例中，所述第一样本组和所述待测电池模组的电池型号相同。获取所述第一样本组中的每一个电池单体的体积。对所述第一样本组中的每一个所述电池单体进行充电至预设过充电压，并获取每一个所述电池单体充电后的体积，进而获得过充电压与电池单体体积变化的关系。在一个可选的实施例中，采用排液法获取每一个所述电池单体充电后的体积。由于可能存在短路的风险，因此排液法所选择的液体一般不考虑水。例如，可以将所述第一样本组以较小倍率分别过充至4.3V、4.4V、4.5V、4.6V、4.7V、4.8V、4.9V、5.0V，较小倍率选择1/5C较合适，因为较小的倍率时，电池产气特性更加平稳均匀待。所述第一样本组过充至不同预设电压后的体积变化如图3所示。不同类型电池的过充特性不同，所以并不是所有电池都能且适合充到5.0V，所以可以根据电池的特性来选择过充的最大电压，只要这个过程能将不同的电池产气程度体现到位即可。过充之后待电池稳定并确认安全后分别测量电池体积。

根据所述过充电压与电池单体体积变化的关系，选取合适微过充电压U1(U2,U3…)。选取一个微过充电压，作为一次测试中整个所述待测模组的过充电压，即代表所述待测模组中所有单体体积膨胀相同。选取第二个待测电压，代表第二次测试中整个所述待测模组的过充电压，也代表所述待测模组中所有电池单体体积膨胀相同，但是膨胀程度不同于第一次测试，因为选择的过充电压也不同。请参见图4为微过充后待测电池模组的体积变化示意图。图5为待测电池模组过充实验示意图，由图5可知，每一个电池单体通过过充电缆进行过充。根据所述过充电压与电池单体体积变化的关系，可以达到控制所述待测电池模组中的电池单体的变形以及隔热材料的受挤压程度的目的。

请参见图6，本申请一个实施例提供一种电池模组隔热材料可靠性测试的验证方法，所述验证方法包括：

S100，选取多个电池单体作为第一样本组，获取所述第一样本组中的每一个电池单体的体积，对所述第一样本组中的每一个所述电池单体进行充电至预设过充电压，并获取每一个所述电池单体充电后的体积，进而获得过充电压与电池单体体积变化的关系。

S200，提供待测电池模组，并根据所述过充电压与电池单体体积变化的关系，对所述待测电池模组中的每一个电池单体进行充电至预设过充电压，以模拟老化后产气的电池模组。

S300，当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，将所述待测电池模组恢复至预设荷电状态。

S400，提供第二样本电池模组，对所述第二样本电池模组和所述待测电池模组分别进行热失控实验，获取对比实验数据。

S500，根据所述对比实验数据，以验证老化后产气的电池模组隔热材料可靠性的可行性。

上述步骤S100-S300，已包含在上述实施例中此处不再赘述。步骤S400中，提供第二样本电池模组，对所述第二样本电池模组和所述待测电池模组分别进行热失控实验，获取对比实验数据的步骤可以为分别获取所述第二样本电池模组和所述待测电池模组热失控后的，电池单体间的温度随时间变化的曲线。所述第二样本电池模组和所述待测电池模组的电池型号相同。所述第二样本电池模组为没有进行过充的电池组。为了获取所述电池单体间的温度随时间变化的曲线，可以实时记录电池单体与电池单体之间的温度。

步骤S500中，根据所述对比实验数据，以验证老化后产气的电池模组隔热材料可靠性的可行性的步骤可以为通过所述第二样本电池模组的电池单体间的温度随时间变化的曲线，获取所述第二样本电池模组的热失控传播速率。通过所述待测电池模组的电池单体间的温度随时间变化的曲线，获取所述待测电池模组的热失控传播速率。通过对比所述第二样本电池模组的热失控传播速率和所述待测电池模组的热失控传播速率，进而确定模拟电池模组老化后隔热材料可靠性的可行性。当所述第二样本电池模组的热失控传播速率明显大于所述待测电池模组的热失控传播速率时，证明可以通过过充模拟电池模组老化而造成的产气过程。进而可以通过对过充后的所述待测电池模组进行热失控实验，可以得到电池模组老化之后隔热材料的隔热性能，对电池模组中隔热材料的性能进行量化，得出电池老化产气挤压对隔热材料的性能产生的影响，进而能够测试全生命周期隔热材料的可靠性。

图7为本申请一个实施例中提供的未过充电池模组热蔓延实验的温度随时间变化的曲线图。图8为本申请一个实施例中提供的过充4.4V电池模组热蔓延实验的温度随时间变化的曲线图。图9为本申请一个实施例中提供的过充4.6V电池模组热蔓延实验的温度随时间变化的曲线图。由图7-图9可知，过充之后的所述待测电池模组，其中的隔热材料具有较差的隔热特性。并且，未过充的所述第二样本电池模组的热蔓延实验，单体电池触发时间长，蔓延时间长。过充后所述待测电池模组，随着过充电压的提高，热蔓延触发时间变短，蔓延时间变快。可见，随着电池单体的膨胀，隔热材料受挤压的程度越来越大，导致隔热性能下降，热蔓延触发时间提前，以及热失控蔓延时间的加快。可见，本方法可以很好的模拟，当电池模组正常老化的时候，因产气挤压隔热材料造成隔热性能下降的情况。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种电池模组隔热材料可靠性的测试方法，其特征在于，包括：

S10，提供待测电池模组，对所述待测电池模组进行充电至预设过充电压，以模拟老化后产气的电池模组；

S20，当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，将所述待测电池模组恢复至预设荷电状态；

S30，对所述待测电池模组进行热失控实验，获取所述待测电池模组中各电池单体间的温度随时间变化的曲线；

S40，根据所述温度随时间变化的曲线，对所述待测电池模组的隔热性能进行分析。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述S20，当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，将所述待测电池模组恢复至预设荷电状态的步骤包括：

当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，对所述待测电池模组进行循环充放电至预设容量，以使得所述待测电池模组恢复至预设荷电状态。

3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述S40，根据所述温度随时间变化的曲线，对所述待测电池模组的隔热性能进行分析的步骤包括：

通过所述待测电池模组的电池单体间的温度随时间变化的曲线，获取所述待测电池模组的热失控传播速率，当所述待测电池模组的热失控传播速率大于预设值时，则判定所述待测电池模组隔热材料的隔热性能不满足应用需求。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述S10，提供待测电池模组，对所述待测电池模组进行充电至预设过充电压，以模拟老化后产气的电池模组的步骤包括：

获得过充电压与电池单体体积变化的关系；

提供待测电池模组，并根据所述过充电压与电池单体体积变化的关系，对所述待测电池模组中的每一个电池单体进行充电至预设过充电压。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述获得过充电压与电池单体体积变化的关系的步骤包括：

选取多个电池单体作为第一样本组，获取所述第一样本组中的每一个电池单体的体积；

对所述第一样本组中的每一个所述电池单体进行充电至预设过充电压，并获取每一个所述电池单体充电后的体积，进而获得过充电压与电池单体体积变化的关系。

6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述第一样本组和所述待测电池模组的电池型号相同。

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，采用排液法获取每一个所述电池单体充电后的体积。

8.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，采用加热触发或针刺的方式，进行所述热失控实验。

9.一种电池模组隔热材料可靠性测试的验证方法，其特征在于，包括：

S100，选取多个电池单体作为第一样本组，获取所述第一样本组中的每一个电池单体的体积，对所述第一样本组中的每一个所述电池单体进行充电至预设过充电压，并获取每一个所述电池单体充电后的体积，进而获得过充电压与电池单体体积变化的关系；

S200，提供待测电池模组，并根据所述过充电压与电池单体体积变化的关系，对所述待测电池模组中的每一个电池单体进行充电至预设过充电压，以模拟老化后产气的电池模组；

S300，当所述待测电池模组的过充产气量稳定后，将所述待测电池模组恢复至预设荷电状态；

S400，提供第二样本电池模组，对所述第二样本电池模组和所述待测电池模组分别进行热失控实验，获取对比实验数据；

S500，根据所述对比实验数据，以验证模拟老化后产气的电池模组隔热材料可靠性的可行性。

10.根据权利要求9所述的验证方法，其特征在于，所述S400，提供第二样本电池模组，对所述第二样本电池模组和所述待测电池模组分别进行热失控实验，获取对比实验数据的步骤包括：

分别获取所述第二样本电池模组和所述待测电池模组热失控后的，电池单体间的温度随时间变化的曲线。

11.根据权利要求10所述的验证方法，其特征在于，所述S500，根据所述对比实验数据，以验证模拟老化后产气的电池模组隔热材料可靠性的可行性的步骤包括：

通过所述第二样本电池模组的电池单体间的温度随时间变化的曲线，获取所述第二样本电池模组的热失控传播速率；

通过所述待测电池模组的电池单体间的温度随时间变化的曲线，获取所述待测电池模组的热失控传播速率；

通过对比所述第二样本电池模组的热失控传播速率和所述待测电池模组的热失控传播速率，进而确定模拟电池模组老化后隔热材料可靠性的可行性。

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