电池热冲击测试方法及测试装置与流程

本发明属于电池测试领域，具体涉及一种电池热冲击测试方法及测试装置。

背景技术：

锂离子电池因具有容量高，循环寿命长等优点，已大量在电子产品中得到了广泛应用，例如智能手机、平板电脑、数码相机、电动玩具、电子导航仪、电动汽车以及储能等。近年来，装配有锂离子动力电池的电动汽车以极快的增长率逐渐取代传统燃油汽车，传统燃油车的市场逐渐缩小。

电动汽车在市场应用中，除了关注其动力性能，最受到消费者关注的即电动汽车本身的安全问题，电动汽车的安全问题的核心是车载动力电池的安全问题，因此，从实际应用上看，动力电池的安全性能的测试是动力电池生产制造环节不可或缺的重要组成部分。如何对动力电池进行全面而可靠的安全测试在动力电池生产制造的过程中显得尤为重要。现有技术中，动力电池以铝壳电池和软包电池为主，成品结构均为长方体，对其常规的安全测试包括短路、热冲击、重物冲击、挤压、过充电等测试方法。

在自然环境出现极端情况或电池实际使用过程中，若电池置于高温下或电池组中某一支电池发生热失控，常常会出现急速升温的情况，失控状态电池所产生热传导和热辐射都有可能引燃电池包中的其它电池，导致热扩散引发安全事故。热冲击测试就是为了检测电池在的耐高温冲击而必须进行的测试。电池热冲击实验则可以很好的评价电池在高温下的安全性能，也极大的降低了日常使用电池的安全隐患。

《gb/t31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》中对锂离子动力电池(单体蓄电池)热冲击的试验方法为：

将单体蓄电池放入温度箱：

对于锂离子蓄电池，温度箱按照5℃/min的速率由室温升至130℃±2℃，并保持此温度30min后停止加热；

观察1h。

整个测试过程中，要求测试时间内锂离子电池不起火不爆炸才视为测试合格。

上述测试过程中使用的测试装置为现有技术中的普通电池热冲击试验机，其工作原理为：在电池热冲击试验机升温时，采用风控循环系统(即热循环风)来均衡分布测试区域内温度，以达到良好的试验效果，烤箱通过热风对电池表面加热，电池由外而内通过热传导实现温度平衡。通过上述循环风实现锂离子电池的升温和保温，从而观察电池受热后的状态。

上述测试方法存在以下问题：

(1)传统烤箱的热源与待测电池无直接接触，仅靠循环风传导热量，而热循环风加热效率低，电池温升慢、加热时间长且热量利用率低。传统烤箱热循环风，由于先用电加热使空气升温，然后再用热空气吹到电池表面给电池加热，所以空气的热容低，无论是烤箱给空气加热还是空气给电池加热，加热的速度都较慢，要将电池表面温度升到测试标准温度130℃，需要30min以上。而在实际的应用场景中，模组一支电池热失控，电池的温度会在短时间内(几分钟内)迅速上升，对模组中相邻电池的热量传递也会迅速增加，远远少于当前热冲击测试的加热时间，即测试中的加热情况与实际工况中电池热失控的状态完全不同。

(2)现有技术在测软包装锂离子电池时，当环境温度超过70℃后，由于电池内部电解液的气分和副反应，电池会产生较多的气体，引发电池膨胀，厚度膨胀可以达到200％-800％。在实际应用场景中，动力电池在模组中是紧密堆积，受热产气后电池的可膨胀空间是有限的，会提前触动外壳泄气。所以使用传统热冲击测试方法，测试场景与实际应用场景有所区别，对测试结果的有效性有较大影响。

(3)现有技术中测试方法设定加热测试的上限温度为130℃，实际电池热失控后的最高温度可以达到500-800℃。130℃以上的热冲击测试考察的主要是隔膜的热收缩性能，130℃以上的加热测试则更多地依赖于正极材料、负极和电解液体系来延缓电池的热失控。同时原来130℃的热冲击测试结果仅为通过或不通过，定性的测试结果无法反映已通过测试的电池里安全性能的量化的差异。

技术实现要素：

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种能够对电池表面直接进行快速加热，从而模拟实际锂离子电池使用过程中的热冲击测试情况的热冲击方法及测试装置。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的电池热冲击测试方法，具体为：

将待测试电池夹设于接触式加热装置内，待测试电池与所述接触式加热装置接触面相贴合；

对所述接触式加热装置进行加热，所述接触式加热装置将热量传导至待测试电池；

所述接触式加热装置同时对待测电池施加测试时设定的压力。

进一步地，本发明中提供的电池热冲击测试方法包括如下步骤：

s01，将待测试电池夹设于接触式加热装置内，所述接触式加热装置对待测试电池施加设定的压力；

s02，第一次升温：对接触式加热装置进行加热，所述接触式加热装置将热量传导至待测试电池，直至待测试电池温度达到130℃，并保持0.5-1h后停止加热；

s03，第二次升温：若经过第一次升温待测试电池不起火不爆炸，则进行第二次升温；对接触式加热装置再次进行加热升温，直至待测电池温度达到500-800℃；

s04，记录待测试电池燃烧温度，并根据第一次升温测试的结果和第二次升温测试的结果评价电池安全性能。

进一步地，s01中，所述设定的压力为400-2000pa/m²。

进一步地，s02和s03中，所述接触式加热装置将热量传导至待测试电池的过程中，待测试电池的温升速率为30-50℃/s。

进一步地，测试过程中，还设有摄像装置对待测试电池状态进行监控及图像记录。

本发明中还提供一种适用于上述测试方法的测试装置，该测试装置具体为：

包括测试时为封闭状态的测试箱以及设于测试箱内的接触式加热装置；

所述接触式加热装置包括相对设置的第一导热组件和第二导热组件，所述第一导热组件和第二导热组件均包括测试面和固定面，两导热组件的测试面分别与待测试电池两测试面相贴合；所述第一导热组件的固定面固设于所述测试箱底部，所述第二导热组件的固定面与伸缩杆固定相连；

所述测试箱顶部固设有与所述伸缩杆相连、带动所述伸缩杆做往复运动的气缸。

进一步地，所述测试箱内装设摄像头。

进一步地，所述第一导热组件与第二导热组件为平板状金属块，所述第一导热组件与第二导热组件的两测试面平行。

进一步地，所述第一导热组件与第二导热组件为金属块，所述第一导热组件与第二导热组件内分别设有电池容纳腔，所述第一导热组件的电池容纳腔和所述第二导热组件的电池容纳腔在第一导热组件与所述第二导热组件扣合时构成完整的电池容纳腔。

进一步地，所述第一导热组件和/或第二导热组件上设有加速导热块，所述加速导热块由相变储能材料制成。

本发明具有以下优点：

1、本发明中的电池热冲击测试方法采用接触式加热装置与电池直接接触，利用接触式传热的方式取代现有技术中循环热风传热的方式，提升了传热的效率，不仅减少了电池升温过程所需要的时间，而且与实际工况环境中电池受热情况更为相似。

2、本发明中的电池热冲击测试方法利用接触式加热装置还能够对电池施加设定的压力，当电池受热产气膨胀后，接触式加热装置仍会夹紧电池，完全模拟单体电池在工况环境下所受到的压力状态。

3、本发明中的电池热冲击测试方法在加热温度超过130℃之后会继续加热至更高温度，观察记录这段温度中间电池的起火温度，综合评价电池的安全性能差异。

4、本发明中提供的电池热冲击测试装置通过固体界面的热传导可以快速对电池进行加热或散热，本装置简单有效，可极大地节约电池高低温测试过程中的升温或降温的静置时间，节约测试资源，加快测试效率。

附图说明

图1为本发明中的电池热冲击测试装置的结构示意图；

图2为本发明电池热冲击测试装置中导热组件的一种实施例结构示意图；

图3为本发明电池热冲击测试装置中导热组件的另一种实施例结构示意图；

附图标记说明如下：

1、测试箱；2、第一导热组件；3、第二导热组件；4、待测试电池；5、气缸；6、伸缩杆；7、摄像头；8、9、导热组件；

801、901、加速导热块；902、电池容纳腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

本发明实施例中的电池热冲击测试装置的结构示意图如附图1所示，具体如下：

包括测试时为封闭状态的测试箱1以及设于测试箱内的接触式加热装置。测试箱应当设有可开合的通道或者门结构以便使用，此处因不涉及本发明中所提及的必要技术特征，故在附图中并未将此结构画出，但是本领域技术人员根据测试步骤可以很清楚的推断出，测试箱上会设有连接外部环境与测试箱内部的通道，而测试箱在测试过程中为封闭状态(需注意的是，此处封闭状态并不是指隔绝状态)。

测试箱优选使用透明且具有防爆功能的钢化玻璃制备而成，防止电池爆炸或者燃烧过程中电解液飞溅或者其他可燃物飞溅对测试人员和环境造成的损失，透明结构又能保证测试人员能够清楚观察到测试的全部过程。

具体地，接触式加热装置包括相对设置的第一导热组件2和第二导热组件3，第一导热组件和第二导热组件均包括测试面和固定面，两导热组件的测试面分别与待测试电池4的两测试面相贴合(如附图1中所示的测试状态)。第一导热组件2的固定面固设于测试箱1底部(第一导热组件2固设于测试箱底部)，第二导热组件3的固定面与伸缩杆6固定相连。测试箱顶部固设有与伸缩杆6相连、带动所述伸缩杆做往复运动的气缸5。为了观察电池受热过程的全部测试状态，测试箱内装设摄像头7对待测试电池状态进行监控及图像记录。气缸可选择为电驱动，气缸的外接电源以及对摄像头拍摄的图像进行显示及保存的电子设备等均设于测试箱外部。

如附图1所示的测试装置中，第一导热组件2与第二导热组件3为平板状金属块，第一导热组件2与第二导热组件3的两测试面平行，两导热组件将软包电池4夹设于其中。该实施例中，导热组件可采用导热效果好的金属板，如铜板、铁板、镍板等，并对两导热组件优选采用电加热的方式进行直接加热，金属板加热后将热量直接传导给待测试电池，使待测试电池的温升速率可达30-50℃/s，在数秒钟即可达到所需测试温度。

对上述实施例中的导热组件还可进行优化，如附图2所示实施例，将第一导热组件和/或第二导热组件8上设有加速导热块801，加速导热块由相变储能材料制成，相变储能材料吸热快，且具有储热能力，能够加速导热组件更快升温及维持温度稳定。如采用将相变储能材料封存于铝箔中制成的加速导热块，相变储能材料采用现有技术中适用的材料即可。

对上述实施例中的导热组件还可进行优化，如附图3所示实施例，第一导热组件和/或第二导热组件9上设有加速导热块901。导热组件9为金属块，导热组件内设有电池容纳腔902，第一导热组件的电池容纳腔和第二导热组件的电池容纳腔在两导热组件与第二导热组件扣合时构成完整的电池容纳腔。本实施例中适用于电池为全包覆式的，或者对异形结构的电池进行测试的情况。此处需强调的是，在利用该实施例中测试装置进行测试的过程中，“扣合”是指两导热组件相对运动，从而与电池相接触并施加设定压力的过程，并不是指如同模具模腔合模的过程。

利用上述电池热冲击测试装置进行测试的方法总体为：

将待测试电池夹设于接触式加热装置内，待测试电池与接触式加热装置接触面相贴合；

对接触式加热装置进行加热，接触式加热装置将热量传导至待测试电池；

接触式加热装置同时对待测电池施加测试时设定的压力。

具体地，以附图1中所提供的测试装置为例说明测试方法，具体步骤如下：

s01，将待测试电池4放置在第一导热组件2(铜板)上，电机6带动伸缩杆运动，从而带动第二导热组件3(铜板)向第一导热组件2运动，将待测试电池夹设于两导热组件之中，直至达到设定的压力。

设定的压力为400-2000pa/m²，该设定的压力值以待测试电池在实际装配过程中所收到的压力为参考值。

s02，第一次升温：对第一导热组件2和第二导热组件3同时进行加热，导热组件将热量传导至待测试电池，直至待测试电池温度达到130℃，并保持1h后停止加热。由于是直接接触进行加热，导热组件将热量传导至待测试电池的过程中，待测试电池的温升速率可达30-50℃/s。

此时可初步判断测试结果：如电池不起火不爆炸，则判定测试通过，否则测试不通过，结束测试。

s03，第二次升温：若经过第一次升温待测试电池不起火不爆炸，则进行第二次升温；对接触式加热装置再次进行加热升温，直至待测电池温度达到500℃。

s04，记录待测试电池燃烧温度，并根据第一次升温测试的结果和第二次升温测试的结果评价电池安全性能。

以下为利用上述方法进行测试的电池样品热冲击测试结果：

从测试结果可以看出，130℃时三款样品电池都不起火不爆炸，按传统的测试方法，都判定通过，但无法确定三款样品之间安全性能的差异。使用本发明的热冲击测试装置和测试方法，新增加了第二次升温的燃烧温度指标，可以得出结论：安全性能第3组＞第1组＞第2组，与实际使用过程中的评价完全相符。

由上述实施例可以看出，本发明中的电池热冲击测试方法采用接触式加热装置与电池直接接触，利用接触式传热的方式取代现有技术中循环热风传热的方式，提升了传热的效率，不仅减少了电池升温过程所需要的时间，而且还增加了更高温度下的热性能评价结果，完全模拟单体电池在工况环境下所受到的压力状态，测试结果真实可信。本发明中提供的电池热冲击测试装置通过固体界面的热传导可以快速对电池进行加热或散热，该装置简单有效，可极大地节约电池高低温测试过程中的升温或降温的静置时间，节约测试资源，加快测试效率。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。