鋰離子電池熱失控測試分析系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋰離子電池熱失控測試分析系統，包括實驗裝置、測試裝置、數據采集及處理系統；所述的實驗裝置包括導熱管和保溫系統；所述導熱管外壁纏繞電阻絲，所述導熱管嵌于保溫系統中，導熱管內腔形成鋰離子電池安裝孔用于安裝待測鋰離子電池，所述的導熱管頂端設有溫度傳感器安裝孔用于安裝溫度傳感器；所述的保溫系統由容器和容器內的耐高溫保溫層組成。本發明的鋰離子電池熱失控測試分析系統結構合理，操作方便，功能多。使用該系統能夠同時實現環境溫度、高溫環境、充放電倍率、散熱條件等因素對鋰離子電池熱失控的測試，實驗數據采集精度較高，數據采集和分析系統使用方便，并能保證測試精度。
【專利說明】鋰離子電池熱失控測試分析系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰離子電池熱失控測試分析系統。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池由于其工作電壓高、功率密度和能量密度高、充放電壽命長、無記憶效應、無污染等優點，被廣泛的應用于各類電子元器件中，如筆記本電腦、相機、手機等。但是鋰離子電池的安全問題一直是制約其進一步發展的重大難題。電池的安全性問題歸根結底體現的是溫度問題。任何安全性問題最終導致的結果就是溫度升高直至失控，出現安全事故。因此，獲取鋰離子電池熱失控的溫度，預測鋰離子電池的熱失控環境，對于預防鋰離子電池熱失控具有重要的意義。
[0003]目前，國內外主要通過熱重分析儀、差示掃描量熱儀、加速量熱儀、高溫試驗箱研究鋰離子電池熱失控的影響因素。熱重分析儀在程序控制溫度下，能夠準確地測量物質的質量變化及變化的速率，得出溫度與質量變化的規律。差示掃描量熱儀在程序控制溫度下，測量輸入到試樣和參比物的功率差與溫度的關系。加速量熱儀可以提供絕熱條件下化學反應的時間一溫度一壓力數據之間的關系。以上三種實驗裝置測試對象都是鋰離子電池內部的構成物質，研究內部物質的反應規律及其對鋰離子電池熱失控的影響，為鋰離子電池熱失控研究提供了理論解釋。而中國電子技術標準化研究院的何鵬林使用高溫試驗箱研究了鋰離子電池熱失控規律，對鋰電池整體的耐高溫性能進行了研究。
[0004]但是，以上實驗裝置不能夠應用于同時研究高溫環境、充放電倍率、散熱條件等因素對鋰離子電池熱失控的影響。
【發明內容】
[0005]本發明的目的旨在克服上述存在的問題，提供一種鋰離子電池熱失控測試分析系統，該裝置系統操作簡便，制造成本低，使用該測試系統能夠同時實現高溫環境、充放電倍率、散熱條件等因素對鋰離子電池熱失控的測試。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]—種鋰離子電池熱失控測試分析系統，包括實驗裝置、測試裝置、數據采集及處理系統；所述的實驗裝置包括導熱管和保溫系統；所述導熱管外壁纏繞電阻絲，所述導熱管嵌于保溫系統中，導熱管內腔形成鋰離子電池安裝孔用于安裝待測鋰離子電池，所述的導熱管頂端設有溫度傳感器安裝孔用于安裝溫度傳感器；所述的保溫系統由容器和容器內的耐高溫保溫層組成；
[0008]所述的測試裝置包括溫度傳感器；所述的溫度傳感器安裝在實驗裝置的溫度傳感器安裝孔中；所述的數據采集及處理系統包括多通道數據采集儀和數據分析軟件；所述的多通道數據采集儀與溫度傳感器連接來采集數據，并將數據傳輸給數據分析軟件進行分析和處理。
[0009]作為本發明鋰離子電池熱失控測試分析系統的優選方案，所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統還包括電加熱裝置，所述的電加熱裝置包括第一直流穩壓電源(30V5A)和實驗裝置中的電阻絲，所述的第一直流穩壓電源經電導線與電阻絲連接。所述的電加熱裝置的第一直流穩壓電源的可調電壓范圍為O?30V，電流O?5A。實驗裝置中電阻絲的電阻絲接入點和電阻絲接出點分別經電導線與第一直流穩壓電源的正負極連接構成電加熱裝置，實現恒定(或非恒定)加熱功率鋰離子電池熱失控實驗。優選的，所述的第一直流穩壓電源為WYJ-5A30V型直流穩壓電源，其可調電壓范圍為O?30V，顯示準確度± 1.2%，電流O?5A，顯示準確度±1.5%。
[0010]作為本發明鋰離子電池熱失控測試分析系統的優選方案，所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統還包括充電裝置，所述的充電裝置為第二直流穩壓電源(30V50A)，待測鋰離子電池的正負極經電導線與第二直流穩壓電源連接。所述的充電裝置中的第二直流穩壓電源的可調電壓范圍為O?30V，電流O?50A。實驗裝置中的待測鋰離子電池正負極分別經電導線與第二直流穩壓電源正負極連接，實現環境溫度下高倍率充電鋰離子電池熱失控實驗。實驗裝置中待測鋰離子電池正負極經電導線與直流穩壓電源正負極連接，同時電阻絲的電阻絲接入點和電阻絲接出點分別經電導線與電加熱裝置的第一直流穩壓電源的正負極連接，可實現高溫環境下高倍率充電鋰離子電池熱失控實驗。優選的，所述的第二直流穩壓電源為KXN-3050D型直流穩壓電源，其可調電壓范圍為O?30V，顯示準確度±1%，電流O?50A，顯示準確度± I %。
[0011]作為本發明鋰離子電池熱失控測試分析系統的優選方案，所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統還包括放電裝置，所述的放電裝置為放電用電阻絲，待測鋰離子電池的正負極經電導線與放電用電阻絲兩端連接。所述的放電裝置中的放電用電阻絲為Cr2tlNi8tl型電阻絲，可調電阻范圍為O?5 Ω。實驗裝置中的待測鋰離子電池正負極分別經電導線與放電裝置的電阻絲兩端連接，實現環境溫度下高倍率放電鋰離子電池熱失控實驗。實驗裝置中待測鋰離子電池正負極分別經電導線與放電裝置的放電用電阻絲兩端連接，同時實驗裝置中電阻絲的電阻絲接入點和電阻絲接出點分別經電導線與電加熱裝置的直流穩壓電源的正負極連接，可實現高溫環境下高倍率放電鋰離子電池熱失控實驗。
[0012]作為本發明測試系統中實驗裝置的優選方案，所述的電阻絲外設有電阻絲固定裝置；所述的電阻絲固定裝置由均勻纏繞在電阻絲外的耐高溫膠布制成，耐高溫膠布為電子工業領域技術人員公知的高溫作業環境下使用的膠粘帶，耐溫性能通常在600-850°C之間。
[0013]優選的，所述的電阻絲在導熱管上端設有電阻絲接入點，在導熱管下端設有電阻絲接出點。
[0014]優選的，所述的導熱管為銅管；所述的導熱管的內腔底部設有勾角，所述導熱管的內腔的縱切面呈倒凸型，通過勾角防止鋰離子電池的滑落。所述的導熱管內徑為18_，外徑為26mm,高為68mm。所述的勾角的長為1mm、高為3mm。
[0015]優選的，所述的溫度傳感器安裝孔的孔徑為2_，便于溫度傳感器直接插入溫度傳感器安裝孔中。
[0016]優選的，所述的容器為鐵制柱形容器；所述的耐高溫保溫層的材質主要有硅酸鋁纖維毯、巖棉板等。耐高溫保溫材料作為一種絕緣填充物，不同絕緣填充物散熱系數不一樣，通過改變絕緣填充物的種類，可以研究不同散熱條件對鋰離子電池熱失控的影響。
[0017]所述的溫度傳感器為熱電偶，優選為OMEGA-K型熱電偶，其響應時間0.01s，用于采集待測鋰離子電池溫度。
[0018]所述的多通道數據采集儀為Hydra2620A多通道數據采集儀，分辨率為0.1°C，準確度為±0.450C ;所述的數據分析軟件為Hydra系列通用信號分析軟件，用于對數據和信號進行分析和處理。
[0019]本發明鋰離子電池熱失控測試分析系統中，溫度傳感器與多通道數據采集儀的連接是本領域技術人員的公知常識。
[0020]根據鋰離子電池熱失控的影響因素，本發明鋰離子電池熱失控測試分析系統可以進行不同條件(環境溫度、高溫環境、充放電倍率、散熱條件)下鋰離子電池熱失控實驗。實驗前，將本發明鋰離子電池熱失控實驗裝置與測試裝置、數據采集及處理系統連接，根據實驗條件選擇性地與電加熱裝置、充電裝置、放電裝置連接，檢查各種部件的線路，并確保連接良好。實驗時，將待測鋰離子電池嵌入到鋰離子電池安裝孔中，溫度傳感器嵌入溫度傳感器安裝孔中，打開溫度采集軟件，查看各通道是否處于工作狀態，等待信號；然后，根據實驗條件，相應地設定電加熱功率、充電裝置的電流大小、放電裝置的電阻大小；最后，打開數據采集軟件開始采集數據，由溫度傳感器測量溫度信號，并將信號傳遞給數據采集儀，進行數據的采集、處理和分析。
[0021]本發明的有益效果是:
[0022]本發明的鋰離子電池熱失控測試分析系統結構合理，操作方便，功能多。使用該系統能夠同時實現環境溫度、高溫環境、充放電倍率、散熱條件等因素對鋰離子電池熱失控的測試:進行恒定(非恒定)加熱功率條件下鋰離子電池熱失控實驗，常溫環境下高倍率充電(放電)鋰離子電池熱失控實驗，高溫環境下高倍率充電(放電)鋰離子電池熱失控實驗，以及不同散熱條件下鋰離子電池熱失控實驗，通過改變保溫系統的隔熱材料可實現不同隔熱條件下鋰離子電池熱失控實驗。實驗數據采集精度較高，數據采集和分析系統使用方便，并能保證測試精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是鋰離子電池熱失控測試分析系統的示意圖。
[0024]圖2是鋰離子電池熱失控測試分析系統的實驗裝置結構示意圖；
[0025]圖3是鋰離子電池熱失控測試分析系統的實驗裝置俯視圖；
[0026]圖4是鋰離子電池熱失控測試分析系統的實驗裝置中導熱管結構示意圖；
[0027]圖5是鋰離子電池熱失控測試分析系統的實驗裝置結構中導熱管結構俯視圖。
[0028]圖中，圖中，1-鋰離子電池安裝孔，2-溫度傳感器安裝孔，3-導熱管，4-電阻絲，5-電阻絲固定裝置，6-耐高溫保溫層，7-溫度傳感器，8-容器，9-勾角，10-電阻絲接入點，11-電阻絲接出點。
【具體實施方式】
[0029]結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案做進一步說明。
[0030]參照附圖1-5，一種鋰離子電池熱失控測試分析系統，包括實驗裝置、電加熱裝置、充電裝置、放電裝置、測試裝置、數據采集及處理系統；所述的實驗裝置包括導熱管3和保溫系統；所述的導熱管3底部設有勾角9，使導熱管3的縱切面呈倒凸型；所述導熱管3外壁纏繞電阻絲4，所述的電阻絲4在導熱管3上、下端分別設有電阻絲接入點10和電阻絲接出點11 ;所述的電阻絲4外均勻纏繞耐高溫膠布作為電阻絲固定裝置5，所述導熱管3嵌于保溫系統中，導熱管3內腔形成鋰離子電池安裝孔I用于安裝待測鋰離子電池，所述的導熱管3頂端設有溫度傳感器安裝孔2用于安裝溫度傳感器7 ;所述的保溫系統包括鐵制柱形容器8和填充在容器8內的耐高溫材料形成的耐高溫保溫層6 ;其中，所述的導熱管3為銅管；所述的導熱管3內徑為18mm,外徑為26mm,高為68mm ;所述的勾角9的長為1mm、高為3mm ;本實施例鋰離子電池熱失控測試分析系統適用于18650型鋰離子電池的熱失控實驗。
[0031]所述的電加熱裝置包括第一直流穩壓電源(30V5A)和實驗裝置中的電阻絲，所述的第一直流穩壓電源經電導線與電阻絲連接。所述的第一直流穩壓電源為WYJ-5A30V型直流穩壓電源，其可調電壓范圍為O?30V，顯示準確度±1.2%，電流O?5A，顯示準確度±1.5%。
[0032]所述的充電裝置為第二直流穩壓電源(30V50A)，待測鋰離子電池的正負極經電導線與第二直流穩壓電源連接。所述的第二直流穩壓電源為KXN-3050D型直流穩壓電源，其可調電壓范圍為O?30V，顯示準確度±1%，電流O?50A，顯示準確度±1%。
[0033]所述的放電裝置為放電用電阻絲，待測鋰離子電池的正負極經電導線與放電用電阻絲兩端連接。所述的放電裝置中的放電用電阻絲為Cr2tlNi8tl型電阻絲，可調電阻范圍為O ?5Ω。
[0034]所述的測試裝置包括溫度傳感器；本實施例中溫度傳感器為OMEGA-K型熱電偶，其響應時間0.01s，熱電偶安裝在實驗裝置的溫度傳感器安裝孔中，用于采集待測鋰離子電池溫度。
[0035]所述的數據采集及處理系統包括多通道數據采集儀和數據分析軟件；所述的多通道數據采集儀與溫度傳感器連接采集數據，并將數據傳輸給數據分析軟件進行分析和處理。本實施例中多通道數據采集儀為Hydra2620A多通道數據采集儀，分辨率為0.1°C，準確度為±0.450C ;所述的數據分析軟件為Hydra系列通用信號分析軟件；多通道數據采集儀與溫度傳感器(熱電偶)連接采集數據，并將數據傳輸給數據分析軟件進行分析和處理。
[0036]恒定(或非恒定)加熱功率鋰離子電池熱失控實驗:實驗前，實驗裝置中電阻絲的電阻絲接入點和電阻絲接出點分別經電導線與第一直流穩壓電源的正負極連接構成電加熱裝置。實驗時，將待測鋰離子電池嵌入到鋰離子電池安裝孔中，溫度傳感器嵌入溫度傳感器安裝孔中，打開溫度采集軟件，查看各通道是否處于工作狀態，等待信號；然后，根據實驗條件，設定第一直流穩壓電源的電壓、電流，開始加熱，由溫度傳感器測量溫度信號，并將信號傳遞給數據采集儀，數據采集儀采集記錄待測鋰離子電池的溫度。若第一直流穩壓電源持續對電阻絲供電可實現恒定加熱功率鋰離子電池熱失控實驗；若第一直流穩壓電源先持續對電阻絲供電，然后在鋰離子電池達到某一溫度點停止對電阻絲供電，可實現非恒定加熱功率鋰離子電池熱失控實驗。
[0037]環境溫度下高倍率充電鋰離子電池熱失控實驗:將待測鋰離子電池嵌入到鋰離子電池安裝孔中，第二直流穩壓電源正負極分別經電導線與實驗裝置中待測鋰離子電池正負極連接，溫度傳感器嵌入溫度傳感器安裝孔中，打開溫度采集軟件，查看各通道是否處于工作狀態，等待信號；然后，根據實驗條件，設定第二直流穩壓電源的電壓、電流，對鋰離子電池充電，由溫度傳感器測量溫度信號，并將信號傳遞給數據采集儀，數據采集儀采集記錄待測鋰離子電池的溫度，實現環境溫度下高倍率充電鋰離子電池熱失控實驗。
[0038]環境溫度下高倍率放電鋰離子電池熱失控實驗:將待測鋰離子電池嵌入到鋰離子電池安裝孔中，實驗裝置中待測鋰離子電池正負極分別經電導線與放電用電阻絲連接溫度傳感器嵌入溫度傳感器安裝孔中，打開溫度采集軟件，查看各通道是否處于工作狀態，等待信號；然后，根據實驗條件，設定放電用電阻絲的電阻值，鋰離子電池放電，由溫度傳感器測量溫度信號，并將信號傳遞給數據采集儀，數據采集儀采集記錄待測鋰離子電池的溫度，實現環境溫度下高倍率放電鋰離子電池熱失控實驗。
[0039]高溫環境下高倍率充電鋰離子電池熱失控實驗:實驗裝置中電阻絲的電阻絲接入點和電阻絲接出點分別經電導線與第一直流穩壓電源的正負極連接構成電加熱裝置，待測鋰離子電池正負極經電導線與第二直流穩壓電源正負極連接，溫度傳感器嵌入溫度傳感器安裝孔中，打開溫度采集軟件，查看各通道是否處于工作狀態，等待信號；然后，根據實驗條件，設定第一直流穩壓電源的電壓、電流，開始加熱，同時設定第二直流穩壓電源的電壓、電流，對鋰離子電池充電，由溫度傳感器測量溫度信號，并將信號傳遞給數據采集儀，數據采集儀采集記錄待測鋰離子電池的溫度，可實現高溫環境下高倍率充電鋰離子電池熱失控實驗。
[0040]高溫環境下高倍率放電鋰離子電池熱失控實驗:將待測鋰離子電池嵌入到鋰離子電池安裝孔中，實驗裝置中電阻絲的電阻絲接入點和電阻絲接出點分別經電導線與第一直流穩壓電源的正負極連接構成電加熱裝置，實驗裝置中待測鋰離子電池正負極經電導線與放電用電阻絲連接構成放電裝置，溫度傳感器嵌入溫度傳感器安裝孔中，打開溫度采集軟件，查看各通道是否處于工作狀態，等待信號；然后，根據實驗條件，設定第一直流穩壓電源的電壓、電流，開始加熱，同時設定放電用電阻絲的電阻值，鋰離子電池放電，由溫度傳感器測量溫度信號，并將信號傳遞給數據采集儀，數據采集儀采集記錄待測鋰離子電池的溫度，可實現高溫環境下高倍率放電鋰離子電池熱失控實驗。
[0041]不同散熱條件下高倍率充電鋰離子電池熱失控實驗:實驗前，改變保溫系統中的耐高溫保溫層的材質，待測鋰離子電池正負極分別經電導線與第二直流穩壓電源正負極連接。實驗時，將待測鋰離子電池嵌入到鋰離子電池安裝孔中，溫度傳感器嵌入溫度傳感器安裝孔中，打開溫度采集軟件，查看各通道是否處于工作狀態，等待信號；然后，根據實驗條件，設定第二直流穩壓電源的電壓、電流，對鋰離子電池充電，由溫度傳感器測量溫度信號，并將信號傳遞給數據采集儀，數據采集儀采集記錄待測鋰離子電池的溫度，可實現不同散熱條件下高倍率充電鋰離子電池熱失控實驗。
[0042]不同散熱條件下高倍率放電鋰離子電池熱失控實驗:實驗前，改變保溫系統中的耐高溫保溫層的材質，待測鋰離子電池正負極分別經電導線與放電用電阻絲連接。實驗時，將待測鋰離子電池嵌入到鋰離子電池安裝孔中，溫度傳感器嵌入溫度傳感器安裝孔中，打開溫度采集軟件，查看各通道是否處于工作狀態，等待信號；然后，根據實驗條件，設定放電用電阻絲的電阻值，鋰離子電池放電，由溫度傳感器測量溫度信號，并將信號傳遞給數據采集儀，數據采集儀采集記錄待測鋰離子電池的溫度，可實現不同散熱條件下高倍率充電鋰離子電池熱失控實驗。
[0043]本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
【權利要求】
1.一種鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于包括實驗裝置、測試裝置、數據采集及處理系統；所述的實驗裝置包括導熱管和保溫系統；所述導熱管外壁纏繞電阻絲，所述導熱管嵌于保溫系統中，導熱管內腔形成鋰離子電池安裝孔用于安裝待測鋰離子電池，所述的導熱管頂端設有溫度傳感器安裝孔用于安裝溫度傳感器；所述的保溫系統由容器和容器內的耐高溫保溫層組成；所述的測試裝置包括溫度傳感器，所述的溫度傳感器安裝在實驗裝置的溫度傳感器安裝孔中；所述的數據采集及處理系統包括多通道數據采集儀和數據分析軟件；所述的多通道數據采集儀與溫度傳感器連接來采集數據，并將數據傳輸給數據分析軟件進行分析和處理。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統包括電加熱裝置，所述的電加熱裝置包括第一直流穩壓電源和實驗裝置中的電阻絲，所述的第一直流穩壓電源經電導線與電阻絲連接構成電加熱裝置。
3.根據權利要求2所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于所述的電加熱裝置的第一直流穩壓電源的可調電壓范圍為O?30V，電流O?5A。
4.根據權利要求1或2所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統包括充電裝置，所述的充電裝置為第二直流穩壓電源。
5.根據權利要求4所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于所述的充電裝置中的第二直流穩壓電源的可調電壓范圍為O?30V，電流O?50A。
6.根據權利要求1或2所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統包括放電裝置，所述的放電裝置為放電用電阻絲。
7.根據權利要求6所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于所述的放電裝置中的放電用電阻絲的可調電阻范圍為O?5Ω。
8.根據權利要求1所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于所述的電阻絲外設有電阻絲固定裝置；所述的電阻絲固定裝置由均勻纏繞在電阻絲外的耐高溫膠布制； 所述的電阻絲在導熱管上端設有電阻絲接入點，在導熱管下端設有電阻絲接出點。
9.根據權利要求1所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于所述的導熱管的內腔底部設有勾角，所述導熱管的內腔的縱切面呈倒凸型。
10.根據權利要求1所述的鋰離子電池熱失控測試分析系統，其特征在于所述的導熱管為銅管；所述的容器為鐵制柱形容器；所述的耐高溫保溫層的材質為硅酸鋁纖維毯或巖棉板。
【文檔編號】G01K19/00GK104330743SQ201410713524
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】王志榮, 羅慶凱, 鄭楊艷, 劉婧婧, 王昊 申請人:南京工業大學