一种锂电池热失控等效模拟实验装置及其实验方法

技术领域

本发明属于锂电池的热失控实验技术领域，具体涉及一种锂电池热失控等效模拟实验装置及其实验方法。

背景技术

锂电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染等特点，已广泛应用于消费电子、动力汽车、储能等多个领域。但锂电池在热滥用、电滥用、机械滥用等场景下发生的热失控事故时有发生，锂电池的安全性是其最受关注的问题之一。

目前，研究人员比较认可用绝热加速量热仪研究锂电池的热失控过程。仪器本身的性能优劣，会影响到测试结果，从而影响对锂电池安全性的评判。因此在选择和使用绝热加速量热仪对锂电池进行热失控实验时，迫切需要对仪器的的灵敏度和准确性等核心参数和绝热能力、温度追踪能力等关键性能进行验证。但如果直接采用锂电池热失控方式进行实验，会对新仪器造成污染和损伤，并且锂电池的热失控特征参数不具有明确的标准值，且同一批锂电池样品会因为品控上的细微差异造成测试结果的不确定性。另外，仪器性能的验证工作的开展具有反复性和持续性，会造成锂电池选型难、锂电池消耗成本高等问题。因此，无法通过真实锂电池实验实现仪器性能验证的目的。

为了解决以上问题，本发明基于现状需求，开发了一种结果可溯源、操作简易、对仪器无损伤、成本可控、验证效果良好的锂电池热失控等效模拟实验装置。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种锂电池热失控等效模拟实验装置，包括热失控发生单元、温度数据采集单元、锂电池等效物、泄压模拟单元、主控单元、功率控制单元，其中，

所述锂电池等效物为待检测样品；

所述热失控发生单元与所述锂电池等效物配合，所述热失控发生单元用以提供实施锂电池热失控的实验仪器；

所述温度数据采集单元与所述锂电池等效物和所述主控单元连接，所述温度数据采集单元用以测试样品的温度及其他位置的待测温度；

所述泄压模拟单元与所述锂电池等效物和所述主控单元连接，所述泄压模拟单元用以对所述锂电池等效物进行短暂降温；

所述功率控制单元与所述锂电池等效物和所述主控单元连接，所述功率控制单元用以控制所述锂电池等效物的输出功率；

所述主控单元用以控制实验装置的运行。

进一步地，所述锂电池等效物包括长方体型的金属块，该金属块内设置U型铠装加热管，U型铠装加热管平行金属块长边方向内置于所述金属块内，其U型槽口端的两侧壁外露于所述金属块的短边一侧部，U型铠装加热管外露的两侧壁顶部设置极柱，所述极柱外裹设陶瓷层。

进一步地，所述金属块优选铸铝块、铝合金块、不锈钢块或纯铝块。

进一步地，所述热失控发生单元采用绝热加速量热仪。

进一步地，所述温度数据采集单元包括温度数据采集仪和温度传感器。

进一步地，所述泄压模拟单元包括高压气瓶、减压阀、电磁阀以及气体管路，高压气瓶的出气口与锂电池等效物的金属块之间通过气体管路连接，高压气瓶与金属块之间气体管路上依次设置减压阀和电磁阀，当样品温度达到设定的泄压温度时，高压气瓶对所述锂电池等效物表面喷射脉冲气流，对所述锂电池等效物进行降温。

进一步地，所述功率发生单元包括程控电源，程控电源与所述锂电池等效物的极柱连接，所述功率发生单元根据所述主控单元输入的信号控制程控电源给所述锂电池等效物内的U型铠装加热管输出相应的功率，实现所述锂电池等效物的温升速率自发热。

进一步地，所述主控单元包括计算机和上位机控制软件，通过通讯线分别与功率发生单元、所述温度数据采集单元和所述泄压模拟单元连接。

一种锂电池热失控等效模拟实验装置的试验方法，具体步骤包括：

S1.使用锂电池等效物作为待测样品放置所述热失控发生单元中，通过所述温度数据采集单元采集锂电池等效物的中心温度作为样品温度T；

S2.所述功率控制单元根据待测样品温度调节程控电源的输出功率P；

S3.当待测样品温度达到T

与现有技术相比，本发明有以下优点：

（1）本申请的试验装置操作简单、测控验证成本低，在进行绝热加速量热仪等仪器的性能验证时，使用锂电池等效物替代锂电池进行实验，不仅可以确保验证结果的公正性、有效性、准确性及溯源性，还能避免进行真实锂电池实验对仪器设备的损坏、污染等；

（2）通过加热功率的调节，可对不同类型的电池进行适配，电池产热特性模拟的针对性和可塑性强，对热失控过程的模拟精度高，避免了锂电池测样时因样品质量差异带来的测试偏差。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的锂电池等效物的结构示意图。

图中：1-热失控发生单元，2-温度数据采集单元，3-锂电池等效物，4-泄压模拟单元，5-主控单元，6-功率控制单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种锂电池热失控等效模拟实验装置包括热失控发生单元1、温度数据采集单元2、锂电池等效物3、泄压模拟单元4、主控单元5、功率控制单元6，热失控发生单元1与锂电池等效物3配合，用以提供实施锂电池热失控的实验仪器；温度数据采集单元2与锂电池等效物3和主控单元5连接，用以测试样品的温度及其他位置的待测温度；锂电池等效物3为待测样品；泄压模拟单元4与锂电池等效物3和主控单元5连接，用以等效物短暂降温；主控单元5分别与温度数据采集单元2、泄压模拟单元4、功率控制单元6连接，用以控制实验装置的运行；功率控制单元6还与锂电池等效物3连接，用以控制锂电池等效物3的输出功率。

如图2-图3所示，锂电池等效物3包括一个内置U型铠装加热管、加热丝、PTC等加热器件的长方体型的金属块，金属块优选铸铝块、铝合金块、不锈钢块或纯铝块等金属；U型铠装加热管平行金属块长边方向内置于金属块内，其U型槽口端的两侧壁外露于金属块的短边侧部，外露的两侧壁顶部设置极柱，极柱使用陶瓷进行环形包裹，以保证极柱与金属块之间的绝缘。

本申请中热失控发生单元1优选为绝热加速量热仪，在其他实施例里可以选择烘箱、燃烧弹等可实施锂电池热失控的实验仪器。温度数据采集单元2包括温度数据采集仪和温度传感器等，用于测试样品的温度及其他位置的待测温度。

泄压模拟单元4包括高压气瓶、减压阀、电磁阀以及气体管路，高压气瓶的出气口与锂电池等效物3的金属块之间通过气体管路连接，高压气瓶与金属块之间气体管路上依次设置减压阀和电磁阀，当样品温度达到设定的泄压温度时，高压气瓶在锂电池等效物3表面喷射脉冲气流，以达到锂电池等效物3短暂降温的目的。

功率发生单元6包括程控电源，程控电源与锂电池等效物3的极柱连接，根据主控单元5输入的信号，控制程控电源给锂电池等效物3内的铠装加热管输出相应的功率，达到锂电池等效物3以一定的温升速率自发热的效果。

主控单元5包括计算机和上位机控制软件，通过通讯线分别与功率发生单元6的程控电源、温度数据采集单元2的温度数据采集仪和泄压模拟单元4的电磁阀连接，用于通讯控制、温度数据采集、程控电源的功率控制和电磁阀控制等。

其中，电磁阀开启时刻对应的泄压温度T

P= C×m×dT/dt，

锂电池热失控模拟实验主要流程如下：使用锂电池等效物3作为待测样品放置在绝热加速量热仪中，通过温度数据采集仪采集锂电池等效物3的金属块的最大面的中心温度作为样品温度T，控制系统根据待测样品温度调节程控电源的输出功率P，当待测样品温度达到T

本申请通过进行加热功率的调节，可对不同类型的电池进行适配，电池产热特性模拟的针对性和可塑性强，对热失控过程的模拟精度高，避免了锂电池测样时因样品质量差异带来的测试偏差。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。