电池内短路的测试装置及触发方法
【专利摘要】一种电池内短路的测试装置，包括：电池、至少一形变元件及加热装置，所述形变元件设置在所述电池的内部，所述形变元件包括至少一形变部，所述形变部具有至少一尖端，所述形变元件具有一触发温度，当该形变元件的温度等于或高于该触发温度时，所述形变部向所述电池的隔膜所在的方向发生形变并使所述至少一尖端将所述隔膜刺穿，从而引发所述电池内短路，所述加热装置设置在所述电池外部与所述形变元件对应的位置，所述加热装置用于对所述电池进行定点局部加热，从而使所述形变元件的温度达到所述触发温度。本发明还提供了一种电池内短路的触发方法。
【专利说明】电池内短路的测试装置及触发方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电池【技术领域】，具体涉及一种电池内短路的测试装置及触发方法。
【背景技术】
[0002] 在能源危机与环境污染的双重压力下，汽车动力系统电动化逐渐成为未来汽车的 技术发展主流。锂离子电池因其能量密度和循环寿命方面的优势，是电动汽车动力来源的 主要选择之一。然而，锂离子动力电池的安全性事故偶有发生，锂离子动力电池的安全性问 题将会威胁人民群众的生命财产安全，并阻碍电动汽车的大规模产业化。
[0003] 锂离子动力电池的多数安全问题都可以通过电气管理或温度管理等外部措施进 行控制或缓解。当今多数电动汽车厂家都在自己的动力电池模块中应用了此类措施以提高 安全性。然而，由内短路引起的热失控是所有安全问题中最为棘手难解的课题，造成内短路 的成因很多，各种不同情况或原因可能引发不同程度的内短路和危险性，它并不能通过现 有的电气管理或温度管理等外部措施进行有效的控制和缓解。而多数在电池正常使用过程 中的安全问题都与内短路相关，不仅在电动汽车领域如此，在其他使用锂离子电池的领域 也是如此，如数码产品、飞机等。
[0004] 目前，内短路的发现和预测依然是电池安全问题中的一个难点。许多标准中的内 短路测试方法，如挤压、针刺、外短路等，由于会在测试过程中破坏电池的完整性，使电池发 生严重的损毁，从而与实际使用过程发生的内短路具有根本的区别，不能真切模拟电池的 内短路状态。因此，当今内短路测试与研究的主要困难就在于找到合适的方法触发内短路。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种能真切模拟电池内短路状态的电池内短路的触发装 置及触发方法。
[0006] -种电池内短路的测试装置，包括：电池、至少一形变元件及加热装置，所述形变 元件设置在所述电池的内部，所述形变元件包括至少一形变部，所述形变部具有至少一尖 端，所述形变元件具有一触发温度，当该形变元件的温度等于或高于该触发温度时，所述形 变部向所述电池的隔膜所在的方向发生形变并使所述至少一尖端将所述隔膜刺穿，从而引 发所述电池内短路，所述加热装置设置在所述电池外部与所述形变元件对应的位置，所述 加热装置用于对所述电池进行定点局部加热，从而使所述形变元件的温度达到所述触发温 度。
[0007] -种电池内短路的触发方法，包括：在电池内部设置至少一形变元件，所述形变元 件包括至少一形变部，所述形变部具有至少一尖端，所述形变元件具有一触发温度，当该形 变元件的温度等于或高于该触发温度时，所述形变部向所述电池的隔膜所在的方向发生形 变并使所述至少一尖端将所述隔膜刺穿；以及使用加热装置在所述电池外部与所述形变元 件对应的位置对所述电池进行定点局部加热，从而使所述形变元件的温度达到所述触发温 度，从而引发所述电池内短路。
[0008] 本发明提供的电池内短路的测试装置和触发方法在电池内部设置形变元件，并在 与该形变元件对应的位置对电池进行定点局部加热的方法触发电池内短路，所述形变元件 不会对所述电池的完整性造成破坏，能更真切模拟电池实际使用过程中的内短路状态，定 点局部加热的加热方式能防止电池的整体升温，减小对电池整体性能的影响。上述方法简 单、方便且容易操作，为电池安全问题研究和电池设计时的安全性能评估、对比提供了一种 可靠、高效的内短路触发方式，对于电池内短路领域的研究，以及电池设计研发和性能对比 中的安全性能评估具有关键作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本发明第一实施例所述电池内短路的触发方法的示意图。
[0010] 图2为本发明第一实施例所述电池内短路的触发方法形成隔膜缺口的示意图。
[0011] 图3为本发明第二实施例所述形变元件的俯视图。
[0012] 图4a和图4b分别为本发明第二实施例所述形变元件发生形变前后的主视图。
[0013] 图5为本发明第二实施例形变元件设置在负极材料层与隔膜之间的示意图。
[0014] 图6为图5中的形变元件触发正极材料-负极材料类型内短路的示意图。
[0015] 图7为图5中的形变元件触发负极材料-正极极板类型内短路的示意图。
[0016] 图8为本发明第二实施例将形变元件设置在负极材料层与负极极板之间的示意 图。
[0017] 图9为图8中的形变元件触发正极材料-负极极板类型内短路的示意图。
[0018] 图10为图8中的形变元件触发正极极板-负极极板类型内短路的示意图。
[0019] 图11a和图lib分别为本发明第三实施例所述电池内短路的测试装置的形变元件 被触发前后的示意图。
[0020] 主要元件符号说明
【权利要求】
1. 一种电池内短路的测试装置，包括：电池、至少一形变元件及加热装置，所述形变元 件设置在所述电池的内部，所述形变元件包括至少一形变部，所述形变部具有至少一尖端， 所述形变元件具有一触发温度，当该形变元件的温度等于或高于该触发温度时，所述形变 部向所述电池的隔膜所在的方向发生形变并使所述至少一尖端将所述隔膜刺穿，从而引发 所述电池内短路，所述加热装置设置在所述电池外部，所述加热装置用于对所述电池进行 定点局部加热，从而使所述形变元件的温度达到所述触发温度。
2. 如权利要求1所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，该形变元件进一步包括 至少一支撑部，该形变部与该支撑部固定连接，当该形变元件的温度等于或高于该触发温 度时，该支撑部不发生形变并在所述电池中保持位置固定。
3. 如权利要求2所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，其特征在于，所述形变部 与所述支撑部为一体结构，所述形变元件为一体成型，在未被触发时，所述形变元件整体为 扁平状，所述形变元件与所述隔膜平行设置，在被触发时，该形变元件具有所述尖端的一侧 向所述隔膜的方向弯曲，从而将所述隔膜刺穿引发电池内短路。
4. 如权利要求3所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述电池为层叠式电池 或卷绕式电池，所述电池包括依次层叠设置的正极极板、正极材料层、所述隔膜、负极材料 层及负极极板。
5. 如权利要求4所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述形变元件设置在 所述正极材料层与所述隔膜之间，所述形变部的长度大于该隔膜的厚度，且小于该隔膜及 该负极材料层的厚度之和，所述形变元件发生形变时仅将所述隔膜刺穿，从而引发正极材 料-负极材料类型的内短路。
6. 如权利要求4所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述形变元件整体具有 导电性，所述形变元件设置在所述正极材料层与所述隔膜之间，所述形变部的长度大于该 隔膜的厚度，且等于或大于该隔膜及该负极材料层的厚度之和，所述形变元件发生形变时 将所述隔膜和所述负极材料层同时刺穿，并与所述负极极板接触，从而引发正极材料-负 极极板类型的内短路。
7. 如权利要求4所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述形变元件设置在 所述负极材料层与所述隔膜之间，所述形变部的长度大于该隔膜的厚度，且小于该隔膜及 该正极材料层的厚度之和，所述形变元件发生形变时仅将所述隔膜刺穿，从而引发正极材 料-负极材料类型的内短路。
8. 如权利要求4所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述形变元件整体具有 导电性，所述形变元件设置在所述负极材料层与所述隔膜之间，所述形变部的长度大于该 隔膜的厚度，且等于或大于该隔膜及该正极材料层的厚度之和，所述形变元件发生形变时 将所述隔膜和所述正极材料层同时刺穿，并与所述正极极板接触，从而引发负极材料-正 极极板类型的内短路。
9. 如权利要求4所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述形变元件整体具有 导电性，所述形变元件设置在所述正极材料层与所述正极极板之间，所述形变部的长度大 于该隔膜及该正极材料层的厚度之和，且小于该隔膜、该正极材料层及该负极材料层的厚 度之和，该形变元件发生形变时仅将所述正极材料层与所述隔膜同时刺穿，从而引发负极 材料-正极极板类型的内短路。
10. 如权利要求4所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述形变元件整体具有 导电性，所述形变元件设置在所述负极材料层与所述负极极板之间，所述形变部的长度大 于该隔膜及该负极材料层的厚度之和，且小于该隔膜、该正极材料层及该负极材料层的厚 度之和，该形变元件发生形变时仅将所述负极材料层与所述隔膜同时刺穿，从而引发正极 材料-负极极板类型的内短路。
11. 如权利要求4所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述形变元件整体具有 导电性，所述形变元件设置在所述负极材料层与所述负极极板之间，或所述形变元件设置 在所述正极材料层与所述正极极板之间，所述形变部的长度大于该隔膜、该正极材料层及 该负极材料层的厚度之和，该形变元件发生形变时将所述负极材料层、所述隔膜及所述正 极材料层同时刺穿，并与所述正极极板和所述负极极板均接触，从而引发正极极板-负极 极板类型的内短路。
12. 如权利要求1所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述触发温度高于所述 电池的正常使用温度，低于所述隔膜的熔点。
13. 如权利要求1所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述电池为层叠式电池 或卷绕式电池，所述加热装置的设置位置与该形变元件在所述电池中的设置位置在所述电 池各个部件的层叠方向上重叠。
14. 如权利要求1所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述电池为层叠式电池 或卷绕式电池，所述加热装置的设置位置仅与该形变元件的形变部在未被触发时在所述电 池的位置在所述电池各个部件的层叠方向上重叠。
15. 如权利要求1所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述加热装置为激光 器。
16. 如权利要求1所述的电池内短路的测试装置，其特征在于，所述测试装置进一步包 括一增强材料层，所述电池具有一外表面，该增强材料层设置在该外表面与所述形变元件 对应的位置，该增强材料对光或热的吸收率、光或热的转换率及热传导率均高于所述电池 的外表面。
17. -种电池内短路的触发方法，包括：在电池内部设置至少一形变元件，所述形变元 件包括至少一形变部，所述形变部具有至少一尖端，所述形变元件具有一触发温度，当该形 变元件的温度等于或高于该触发温度时，所述形变部向所述电池的隔膜所在的方向发生形 变并使所述至少一尖端将所述隔膜刺穿；使用加热装置在所述电池外部与所述形变元件对 应的位置对所述电池进行定点局部加热，从而使所述形变元件的温度达到所述触发温度， 从而引发所述电池内短路。
【文档编号】G01R31/36GK104062597SQ201410285628
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】张明轩, 欧阳明高, 卢兰光 申请人:清华大学