前言
在能源轉型的大潮中,鋰離子電池作為新能源汽車及電力儲能的核心,發(fā)揮著重要作用。隨著國內外需求市場的蓬勃發(fā)展,鋰電池行業(yè)獲得高速增長,同時也對電芯的安全性提出越來越高的要求,其中電芯在各種濫用條件下(如過充、過放、短路、高溫或物理損傷)極可能引發(fā)熱失控問題,一直是行業(yè)關注并研究的核心。為了有效預防鋰電池安全事故,研究人員必須深入研究其熱特性,精確獲取熱安全和熱管理參數(shù),為設計相應的防護措施與預警系統(tǒng)提供參考依據(jù)。在這一過程中,電池絕熱量熱儀(ARC)是研究鋰電池單體熱安全和熱管理參數(shù)的主要儀器。
隨著鋰電池行業(yè)的發(fā)展,電芯朝著大尺寸、大容量和高比能量的趨勢發(fā)展,這對ARC提出了更高的要求。傳統(tǒng)電池ARC因腔體體積小、抗爆性/耐壓性不足、不兼容熱失控產(chǎn)熱和產(chǎn)氣過程同步分析等缺點,已無法滿足大尺寸刀片電池、大容量高鎳三元電池和鋰金屬全固態(tài)電池等未來主流電池的測試需求。因此仰儀科技從市場需求出發(fā),針對現(xiàn)有電池絕熱量熱儀不足,于2023年推出了密閉型電池絕熱量熱儀這一全新的絕熱技術路線。
儀器介紹
密閉型電池絕熱量熱儀通過智能算法優(yōu)化,保障了高效、精確的控溫性能;通過整機結構升級,實現(xiàn)了量熱腔抗爆能力與密封能力的大幅提升。本文將以BAC-800B大型電池絕熱量熱儀為例,詳細介紹密閉型電池絕熱量熱的功能。
圖1 BAC-800B大型電池絕熱量熱儀
產(chǎn)品特點:
01
全尺寸設計,chao強測試能力
支持長邊尺寸不超過900mm的電芯測試,并擁有從26650到1000Ah LPF測試案例,能夠滿足市面上絕大部分電池測試需求。可同步獲得溫度及壓力數(shù)據(jù),彌補泄壓型絕熱不足;
02
模塊化設計,經(jīng)濟且高效
除基礎絕熱量熱模塊外,儀器還可選配針刺、視頻監(jiān)控、比熱容測試、氣氛模擬及低溫制冷等功能模塊,客戶可根據(jù)自身需求自由組合;
03
密閉型設計,安全無憂
密閉型容器設計,符合GB/150壓力容器設計規(guī)范,承壓2MPa,wan全隔絕電池熱失控危害;
04
多次校準,數(shù)據(jù)精準可靠
儀器出廠前進行du創(chuàng)的整機校準,電池實驗前通過溫差基線校準、二次校正等多重校準方法確保實驗結果準確性;
05
多管齊下,實驗高效
通過輔助加熱絲溫差基線、蓋壁底溫度超調等方式縮短實驗時間,大大提升實驗效率;
06
人性化設計,軟件操作便捷
軟件采用全中文界面,布局符合用戶操作習慣,集成選配模塊多項操作功能,大幅降低操作復雜度。分析界面簡潔直觀,關鍵數(shù)據(jù)一鍵分析。
圖2 操作軟件(左)和數(shù)據(jù)分析軟件(右)
設備功能及測試參數(shù):
1.絕熱熱失控(HWS)測試功能
通過經(jīng)典HWS實驗模式,通過加熱-等待-搜尋的臺階溫升對電池樣品進行升溫,并在到達自放熱起始溫度T1后進行絕熱追蹤,進而獲得包括熱失控起始溫度T2、熱失控最高溫度T3在內的多個熱特征參數(shù)。
BAC-800B采用密閉型設計,能夠在進行絕熱熱失控實驗的同時,進行壓力數(shù)據(jù)的同步采集,計算產(chǎn)氣速率及產(chǎn)氣量等數(shù)據(jù),并可對熱失控過程中的產(chǎn)氣進行在線或離線檢測,以分析電池熱失控過程中的產(chǎn)氣成分及燃爆特性,助力電池熱失控預警研究或電池熱失控安全防護設計。
BAC-800B搭配的輔助模塊可對熱失控過程進行quan方位監(jiān)控。搭配多通道數(shù)據(jù)記錄儀,同步記錄電芯不同位置的溫度分布以及電池電壓;搭配可見光相機,可以檢測電芯鼓包、開閥泄壓等現(xiàn)象;搭配紅外相機可以全面監(jiān)測電芯表面溫度分布。
圖3 HWS絕熱熱失控裝樣
圖4 可見光相機(左)、終端集成柜(右,集成多通道數(shù)據(jù)記錄儀、可編程電源和中控箱)
圖5 HWS實驗結果
2.過充熱失控測試功能
搭配電池充放電設備,通過爐壁上的電極柱與電池進行連接,按工況要求對電池進行過充。該測試利用充放電產(chǎn)熱模式進行實驗,對電池溫度變化進行絕熱追蹤,獲得電池的過充熱失控特征參數(shù)。同理,該功能可以搭配儀器的多參數(shù)監(jiān)測功能,并研究熱失控產(chǎn)氣過程。
圖6 過充熱失控裝樣
圖7 電池絕熱量熱儀連接電池充放電設備儀
圖8 過充熱失控實驗結果溫升曲線
3.針刺熱失控測試功能
使用標配的針刺電機,可以通過對電芯進行針刺而使電芯發(fā)生熱失控,以研究電芯熱失控特性。同理,該功能可以搭配多參數(shù)監(jiān)測功能,并研究其熱失控產(chǎn)氣過程。
圖9 針刺熱失控電池裝樣
圖10 儀器裝上針刺電機
圖11 針刺熱失控實驗結果溫升曲線
4.比熱容測試功能
如圖16,基于差示絕熱追蹤原理,通過已知比熱容的標準塊進行散熱校正,計算得到電池比熱容數(shù)據(jù)。通過外接可編程電源(圖13)與加熱片進行實驗,能夠獲得電池在一定溫度范圍下的平均比熱容與變溫比熱容數(shù)據(jù)。
圖12 比熱容實驗鋁塊裝樣
圖13 比熱容實驗連接示意圖
通過儀器配置的低溫模塊,可將比熱容測試下限降低至-25℃。
圖14 低溫模塊
圖15 低溫模塊連接
圖16 比熱容實驗結果溫升曲線
圖17 比熱容實驗結果變溫比熱容曲線
5.充放電產(chǎn)熱測試功能
如圖20,通過絕熱追蹤原理,可以測試得到電池在充放電過程中的產(chǎn)熱量及產(chǎn)熱功率等數(shù)據(jù)。
同樣通過儀器配置的低溫模塊(圖14),可將比熱容測試擴展至-25℃。搭配接觸式或非接觸式溫度監(jiān)測功能,可研究充放電產(chǎn)熱時電芯表面溫度分布。
圖18 充放電產(chǎn)熱測試電池裝樣
圖19 低溫充放電產(chǎn)熱測試連接充放電設備和低溫模塊
圖20 低溫充放電產(chǎn)熱實驗結果溫升曲線
圖21 低溫充放電產(chǎn)熱實驗結果產(chǎn)熱功率曲線
6.絕熱溫升測試功能
如圖22,該功能符合GB/T 36276-2023《電力儲能用鋰離子電池》的絕熱溫升實驗要求,裝樣方法如圖3。
同時,該功能可以搭配可見光相機檢測電芯在實驗過程中是否發(fā)生鼓包、開裂、泄壓和著火等。
圖22 絕熱溫升實驗結果溫升曲線
總結
密閉型大型電池絕熱量儀以安全可靠的性能、豐富完善的功能為日益蓬勃發(fā)展的鋰電池行業(yè)提供熱安全和熱管理方面的有力支撐。