一種車用動力電池熱性能測試系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種車用動力電池熱性能測試系統，屬于電動汽車電池領域。
【背景技術】
[0002]隨著現代科技的發展和能源與環境問題的日益突出，電動汽車的應用越來越廣泛，同時對動力電池的性能要求也就越來越高。鋰離子電池以其高電壓、高比能量、長循環壽命、環境污染小等卓越性能而成為了人們的首選，但由鋰離子電池熱失控引發的火災爆炸事故屢見報道，安全性問題成為阻礙鋰離子電池大規模生產應用的主要原因之一。因此，國內外多家學者都開展了鋰離子電池的熱特性與熱失控的研究，以深化對鋰離子電池發生熱失控、火災根源的認識，掌握誘發鋰離子電池不安全的主要原因。電池熱特性的研究是熱失控研究的基礎。研究發現鋰離子電池工作過程中的放熱規律與環境溫度、充電倍率、充放電壓、充放電流、充放電次數等有著密切的聯系，根本的影響因素是電池的內阻變化。目前針對電池熱特性研究的實驗裝置主要有真空罐、恒溫箱等，當工作過程的電池的熱散逸速率小于熱產生速率時，就會引發熱失控。引發熱失控的原因主要有負極的熱分解及其與電解液的反應、電解液的熱分解、正極的熱分解及其與電解液的反應，當電池體系內的生成熱速率大于熱散失速率時，反應物的溫度就會不斷上升。當電池體系內的生成熱速率大于熱散失速率時，反應物的溫度就會不斷上升，電池溫度達到著火溫度就會發生火災。此外，電池內部溫度上升，使反應速度加快，活性物質分解、活性物質和電解液反應都會產生一定量的氣體，電池內壓急劇上升，也會引發爆炸。因此，定量明確鋰離子電池發生熱失控等特殊現象的表現及危害，在明確危險的基礎上，對研發高安全性電池體系有一定的指導意義，有利于提高電池的安全，降低鋰離子電池發生安全事故的可能性，為實現大型鋰離子電池的產業化應用提供理論依據和技術支撐。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為鋰離子電池在不同溫度，不同充電倍率下的熱特性實驗以及熱失控測試提供一種安全的實驗裝置，并采集相關的實驗數據。
[0004]本發明采用如下技術方案:
[0005]—種車用動力電池熱性能測試系統，其特征在于:包括高溫防爆箱、循環電機、循環風機、電池模組、加熱制冷裝置、插座、燈罩、壓力傳感器、溫度傳感器、觀察窗、內窺鏡、攝像機、排氣孔、球閥、取樣口、截止閥、氣相色譜儀、數據采集器、計算機、充放電機和氣體采集袋；
[0006]高溫防爆箱內設置壓力傳感器、溫度傳感器、加熱制冷裝置、電池模組和循環風機；循環風機連接循環電機；高溫防爆箱上設有排氣孔，排氣孔、球閥、取樣口、截止閥和氣相色譜儀依次連接；同時球閥通過排氣管道還連接到氣體采集袋；壓力傳感器和溫度傳感器通過數據采集器連接到計算機；充放電機通過插座連接到電池模組；高溫防爆箱上設有觀察窗，觀察窗通過內窺鏡于攝像機連接。
[0007]測試電動汽車鋰離子電池熱特性:電池模組(4)放置在防爆高溫箱(1)的托盤
(5)上，將觀察窗(11)與球閥(15)關閉，通過電纜(22)將充放電機(24)與插座、電池模組(4)連接起來，在常溫下進行0.5C、1C或2C充放電，或者開啟加熱制冷裝置(6)模擬電池在-20°C?60°C不同溫度工況下的充放電情況；同時開啟壓力傳感器(9)與溫度傳感器(10)通過數據采集器在計算機(20)上記錄防爆箱內溫度和壓力的變化曲線，在已知比熱容、質量、溫差的情況下計算出電池的生熱量。
[0008]鋰離子電池排放分析:通過充放電機(24)對高溫防爆箱內的電池模組(4)進行充放電后打開球閥(15)，將產生的氣體排放至氣體采集袋(25)，在此過程中打開截止閥(17)對氣體進行抽樣，通過色譜質譜聯用儀(18)對排氣進行各組分的定性定量分析。
[0009]鋰離子電池熱失控測:開啟燈罩(8)，關閉循環電機⑵與循環風輪(3)，通過充放電機(24)對電池模組(4)進行5C-10C的充電使其著火爆炸，利用攝像機(13)通過內窺鏡(12)記錄其溫度場分布及火焰發展與傳播規律。
[0010]利用如上所述車用動力電池熱性能測試系統，是按照以下步驟進行控制的:
[0011]1)裝置采用溫度跟隨方法造成絕熱環境并通過充放電機(24)對電池模組(4)進行0.5C、1C、2C等不同倍率的充放電，電池在這種絕熱環境中的生熱量不會損失，在已知比熱容、質量、溫差的條件下可計算出電池在充放電過程中的生熱量，并對建立起的模型進行標定，或者開啟加熱制冷裝置(6)調節防爆箱內的溫度，使電池所處的環境溫度維持不變，同時開啟循環風機(3)使環境溫度均勻，從而模擬電池在_20°C?60°C等不同溫度工況下的充放電情況。通過托盤(5)可調節電池在高溫防爆箱(1)中位置。充放電過程中開啟壓力傳感器(9)與溫度傳感器(10)，采集到的電信號可以通過數據采集線(21)收集到數據采集器(19)中，再通過數據采集線(21)將采集到的防爆箱內的溫度及壓力變化曲線記錄在計算機(20)上。
[0012]2)電池模組⑷在高溫測試箱(1)中充放電的過程中會產生少量的氣體，充放電結束后，打開球閥(15)，電池模組(4)充放電過程中產生的氣體就可以通過排氣孔(14)、球閥(15)及氣體采集袋(25)排放至大氣。在此過程中打開截止閥(17)，氣體可以通過取樣口(16)、截止閥(17)流入色譜質譜聯用儀(18)，通過色譜質譜聯用儀(18)可對排氣進行定性定量的分析。
[0013]3)該裝置可進行鋰離子電池熱失控的實驗，實驗前開啟燈罩(8)，關閉循環電機
(2)與循環風輪(3)，通過充放電機(24)對電池模組(4)進行大倍率5C甚至10C的充放電使其著火，為了保證著火時間，打開球閥(15)，關閉截止閥(17)以提供充分氧氣，在著火過程中，攝像機(13)可以通過內窺鏡(12)記錄防爆箱(1)內的溫度場分布及火焰發展與傳播規律，并可通過氣體采集袋收集熱失控后的氣體進行定性定量分析。試驗中防爆高溫箱
(1)可有效預防電池模組(4)在充放電過程中遇到的各類突發情況(爆炸)，保證實驗的安全性。
[0014]本發明的有益效果是，通過充放電機(24)對電池模組(4)在進行0.5C、1C、2C的充放電，可以實現鋰離子電池模組在不同充放電倍率下的熱特性實驗，并可以利用壓力傳感器(9)與溫度傳感器(10)，采集電池在充放電過程中的溫度和壓力變化數據，將變化曲線記錄在計算機(20)中。
[0015]通過加熱制冷裝置(6)調節防爆箱內的溫度，使電池所處的環境溫度維持在一個恒定值不變，從而實現電池在_20°C?60°C等不同溫度工況下充放電的熱特性實驗。并可以利用壓力傳感器(9)與溫度傳感器(10)，采集電池在充放電過程中的溫度和壓力變化數據，將變化曲線記錄在計算機(20)中。
[0016]通過取樣口(14)可以對鋰電池正常充電過程中產生的氣體進行采樣，并利用色譜質譜聯用儀(18)可對排氣各組分進行定性定量分析。還可以關閉循環電機(2)與循環風輪(3)，開啟燈罩(8)，通過充放電機(24)對電池模組(4)進行大倍率5C甚至10C的充電使其著火爆炸，著火及爆炸過程中，攝像機(13)可以通過內窺鏡(12)記錄防爆箱(1)內的溫度場分布及火焰發展與傳播規律