电池包安全性的测试方法及装置与流程

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池包安全性的测试方法及装置。

背景技术：

在能源危机和碳排放限制的压力下，电动车等新能源汽车逐渐成为今后汽车的主流发展方向。近年来，随着锂离子电池的比能量不断增加，循环寿命不断增长，锂离子电池已经成为纯电动车和混合动力车的主要动力源。然而，在电动车使用过程中，安全性事故时有发生。很多事故的原因是锂离子电池发生热失控引起起火和爆炸。这些安全性事故对人民群众的人身安全构成威胁，而且也影响电动车的推广使用。

锂离子电池热失控可以被各种滥用条件诱发，比如加热，过充电，针刺，自引发内短路等。为了保证电池在滥用条件下的安全性，锂离子电池必须通过相关的安全性测试法规。实际中，锂离子电池即使通过这些法规依然无法确保热失控的安全性。对于自引发内短路这一诱发条件，安全性测试法规无法进行测试。这是因为锂离子电池的自引发内短路的机理和原因至今还不清楚。锂离子电池何时会发生自引发内短路也是无法预测的。因此，在实际使用中锂离子电池包中锂离子电池单体的热失控时不能避免的。

当车用锂离子电池包中某一锂离子电池单体发生热失控后，这一锂离子电池单体会产生大量的热量。进而传递热量给与其相邻的锂离子电池单体，从而可能诱发相邻的锂离子电池单体发生热失控，引起锂离子电池包中的热失控扩展。如果整个车用锂离子电池包发生了热失控扩展，会释放巨大的能量，严重威胁车辆乘员的安全。然而，现阶段还没有来检测锂离子电池包在热失控扩展方面的安全性的相应的测试方法及装置。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种电池包安全性的测试方法及装置，可用于检测锂离子电池包在热失控扩展方面的安全性。

一种电池包安全性的测试方法，所述电池包包括多个电池单体，所述方法包括以下步骤：

从所述多个电池单体中选取一个作为被加热电池单体，并用加热器给所述被加热电池单体加热；

根据所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率判断所述被加热电池是否发生热失控；

当所述被加热电池单体发生热失控时停止加热所述被加热电池单体，若在预设时间内所述电池包外部无明火出现，则所述电池包通过测试。

在一个实施例中，当所述被加热电池发生热失控时停止加热所述被加热电池单体，若在所述预设时间内所述电池包外部有明火出现，则所述电池包未通过测试。

在一个实施例中，所述根据所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率判断所述被加热电池是否发生热失控包括：

获取所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率；

当所述电池电压的电压下降量大于预设电压下降量且所述升温速率大于预设升温速率时，判断所述被加热电池发生热失控；

当所述电压下降量大于预设电压下降量且所述电池温度大于预设截止温度时，判断所述被加热电池发生热失控。

在一个实施例中，若所述加热器的温度等于所述预设截止温度时所述被加热电池未发生热失控，则所述电池包通过测试。

一种电池包安全性的测试装置，所述电池包包括多个电池单体，所述测试装置包括加热器、电池温度传感器、电池电压传感器、以及与所述加热器、所述电池温度传感器、所述电池电压传感器连接的控制器；

所述加热器用于给从所述多个电池单体中选取的一个被加热电池单体加热；

所述电池电压传感器用于测量所述被加热电池单体的电压，所述电池温度传感器用于感测所述被加热电池单体的电池温度；

所述控制器用于根据所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率判断所述被加热电池是否发生热失控；

所述控制器还用于当所述被加热电池发生热失控时停止加热所述被加热电池单体，若在预设时间内所述电池包外部无明火出现，则所述电池包通过测试。

在其中一个实施例中，所述控制器还用于，当所述被加热电池发生热失控时停止加热所述被加热电池单体，若在预设时间内所述电池包外部有明火出现，则所述电池包未通过测试。

在其中一个实施例中，所述控制器还用于：获取所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率；当所述电池电压的电压下降量大于预设电压下降量且所述升温速率大于预设升温速率时，判断所述被加热电池发生热失控；当所述电压下降量大于预设电压下降量且所述电池温度大于预设截止温度时，判断所述被加热电池发生热失控。

在其中一个实施例中，进一步包括与所述控制器连接的加热器温度传感器，所述加热器温度传感器用于感测所述加热器的温度；所述控制器还用于，若所述加热器的温度等于预设截止温度时所述被加热电池未发生热失控，则所述电池包通过测试。

在其中一个实施例中，所述加热器为加热片，所述加热片所述加热片的长和宽与被加热电池单体表面的长和宽的误差小于等于20％。

在其中一个实施例中，所述加热器温度传感器为多个，且贴合在所述被加热电池单体的外部。

本发明提供的电池包安全性侧测试方法及装置，通过给电池包中的电池单体加热来引发被加热电池单体的热失控，并且进一步判断在预设时间内所述电池包是否有起火。若所述电池包在预设时间内没有起火，则所述电池包通过安全性测试。通过上述方法，可以检测车用电池包出厂之前的质量是否合格，从而可以保障车用电池包的安全。通过所述方法检测的电池包在用到电动车时，可以给乘员有充足的时间逃生，不会发生危险。

附图说明

图1为本发明一个实施例的电池包安全性的测试方法的流程图；

图2为本发明一个实施例的电池包安全性的测试装置的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中被加热电池单体温度和电压曲线；

图4为本发明一个实施例中被加热电池单体电池单体的升温速率曲线。

主要元件符号说明

电池包安全性的测试装置10

加热器12

电池温度传感器14

电池电压传感器16

控制器18

加热器温度传感器19

电池包20

电池单体22

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明提供的电池包安全性的测试方法及装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-2所示，本发明一个实施例提供一种电池包安全性的测试方法。所述测试方法可以应用于对电池包20的安全性的检测。所述电池包20包括多个电池单体22。在一个实施例中，所述电池包20可以为包括多个锂离子电池单体的锂离子电池包。具体地，所述电池包安全性的测试方法包括以下步骤：

s102，从所述多个电池单体22中选取一个作为被加热电池单体，并用加热器12给所述被加热电池单体加热。

所述电池单体22可以为车用锂离子电池单体。可以理解，所述电池单体22不限于车用锂离子电池。所述电池包20可以由多个锂离子电池单体串联或者并联而成。为了测试所述电池包20热失控时的安全性，可以从所述电池包20的多个电池单体22中任意选择一节作为被加热电池单体。所述被加热电池单体可以通过加热的方式触发热失控。当所述被加热电池单体被触发热失控时，可以通过判断所述电池包是否会整体引发热失控来判断所述电池包的安全性。

具体地，将所述加热器12放置于所述电池包20中时，需要将所述电池包20进行拆解。可以理解，为了保证测试效果，在上述拆解过程中，可以使得所述多个电池单体22的电连接形式、所述多个电池单体22的位置分布、以及所述电池包20的热流场分布保持不变。所述加热器12可以放置在用于触发热失控的被加热电池单体旁，并紧贴所述被加热电池单体表面。为了测量所述被加热电池单体的温度，可以给所述被加热电池单体安装电池温度传感器14。对于硬壳电池和软包电池，所述电池温度传感器14可以布置在电池表面的中心。对于圆柱电池，电池温度传感器14可以设置在圆柱电池的顶部。发生热失控时，所述被加热电池单体表面的温度会达到300℃以上，所述电池温度传感器14有可能由于高温失效。为了保证温度可靠的测量到，可以在一个位置同时布置两个或多个所述电池温度传感器14。此外，还可以通过在所述被加热电池单体上布置电池电压传感器16，用于测量所述被加热电池单体的电压。安装完成后，可以将拆解后的所述电池包20再组装成完整状态。

所述加热器12的结构不限，可以根据所述电池单体22的结构和形状选择。当所述电池单体22为片状的硬壳或软包电池时，所述加热器12可以选取加热片。硬壳电池或软包电池的表面为长方形，所述加热片的形状可以与电池表面的形状相同。所述长方形可以用长和宽来进行表征。所述加热片的长和宽与被加热电池单体表面的长和宽的误差可以小于等于20％，以使得所述被加热电池单体能够被均匀加热。优选地，所述加热片的长和宽可以均小于所述被加热电池单体表面的长和宽，以使得加热片的热量用于加热所述被加热电池单体。所述电池单体22为圆柱电池时，可以选取加热丝作为所述加热器12。所述加热丝可以紧贴被加热的所述圆柱电池表面并沿着所述圆柱电池的中心线方向进行卷绕。卷绕的长度与所述圆柱电池的高度误差可以小于等于20％，从而使得所述圆柱电池能够被均匀加热。卷绕的长度可以小于所述圆柱电池的高度，以使得所述加热丝充分加热所述圆柱电池。

通过所述加热器12给所述被加热电池单体加热，目的是引起所述被加热电池单体发生热失控。在使用所述加热器12给所述被加热电池单体加热时，可以使所述加热器12通过最大功率给所述被加热电池单体加热，从而使得所述加热器12的升温速度足够快。在高温时，由于被加热电池单体22内部的化学反应的加速，被加热电池单体22的电量会较快的降低。当加热速度较快时，可以使得被加热电池单体在电量降低到50％soc之前发生热失控。

在本发明一个实例中，测试的是由硬壳锂离子电池单体组成的电池包20，选取的是加热片构成的加热器12。所述电池包20包括10片硬壳锂离子电池单体。所述加热片的长和宽分别为100mm，76mm。所述硬壳锂离子电池单体表面的长和宽分别为120mm，85mm。所述加热片的长和宽可以均小于所述硬壳锂离子电池单体表面的长和宽，且误差分别为16.7％，10.6％。

s104，根据所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率判断所述被加热电池是否发生热失控。

所述被加热电池单体的电池电压可以通过所述电池电压传感器16获得，所述被加热电池单体的电池温度可以通过所述电池温度传感器14获得。所述升温速率可以通过控制器18计算获得。所述被加热电池单体通过所述加热器12加热升温。随着温度的升高，所述被加热电池单体发生热失控。所述控制器18可以通过所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率来判断所述被加热电池是否发生热失控。所述控制器18可以与所述电池电压传感器16和所述电池温度传感器14电连接，从而用于获取各种信息。

s106，当所述被加热电池单体发生热失控时停止加热所述被加热电池单体，若在预设时间内所述电池包20外部无明火出现，则所述电池包通过测试。

当所述被加热电池单体发生热失控时，通过停止加热所述被加热电池单体，然后观察发生热失控的所述被加热电池单体在预设时间内对整个电池包的影响来检测所述电池包的安全性。所述预设时间可以根据实际需要设置，比如可以设置一个足够车内人员逃生的时间。在所述预设时间内，车内的人员可以从容离开发生危险的车辆。也就是说，当所述被加热电池单体发生热失控后，在所述预设时间内如果所述电池包没有明火出现，则说明所述电池包具有安全性。具体地，通过测试的电池包在电动汽车中使用时，如果发生电池热失控，可以给车内人员足够的逃生时间，从而避免了危险的发生。

本发明提供的电池包安全性的测试方法，通过给电池包中的电池单体加热来引发被加热电池单体的热失控，并且进一步判断在预设时间内所述电池包是否有起火。若所述电池包在预设时间内没有起火，则所述电池包通过安全性测试。通过上述方法，可以检测车用电池包出厂之前的质量是否合格，通过上述方法可以保障车用电池包的安全。通过所述方法检测的电池包在用到电动车时，可以给乘员有充足的时间逃生，不会发生危险。

在一个实施例中，所述测试方法还可以包括：当所述被加热电池发生热失控时停止加热所述被加热电池单体，若在所述预设时间内所述电池包外部有明火出现，则所述电池包未通过测试。当然，如果所述电池包20发生爆炸或者冒烟，也都可以判断所述电池包没有通过测试。在所述预设时间内，如果所述电池包20中的一个被加热电池单体发生的热失控且所述电池包20发生了起火，那么所述电池包20则没有通过安全性测试。

在一个实施例中，所述s104，根据所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率判断所述被加热电池是否发生热失控，包括：

s202，获取所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率；

s204，当所述电池电压的电压下降量大于预设电压下降量且所述升温速率大于预设升温速率时，判断所述被加热电池发生热失控；

s206，当所述电压下降量大于预设电压下降量且所述电池温度大于预设截止温度时，判断所述被加热电池发生热失控。

所述被加热电池单体的电池电压、电池温度分别通过所述电池电压传感器16和所述电池温度传感器14感测。所述升温速率可以通过与所述电池温度传感器14相连的所述控制器18计算获得。所述电压下降量可以通过与所述电池电压传感器16相连的所述控制器18计算获得。具体地，所控制器18与所述电池电压传感器16和所述电池温度传感器14电连接，从而可以获得所述电池电压、电池温度并且进行分析。其中，所述预设电压下降量、所述预设升温速率和所述预设截止温度均可以提前设置。在一个实施例中，预设电压下降量为1v，也就是说相比测试开始时的初始电压下降1v。所述预设升温速率可以设置为10℃/s，这是由于锂离子电池发生热失控时，温升速率很大，而正常充放电情况下，温升速一般率低于10℃/s。所述预设截止温度可以设定为300℃，这是由于锂离子电池发生热失控时，化学能和电能会瞬间释放出来，电池表面温度会高于300℃。请参见图3和图4，在一个实施例中，被加热电池单体的的表面最高温度为389℃，高于300℃。所述被加热电池单体的最高温升速率为85℃/s，高于10℃/s。因此，可以判断出所述被加热电池单体发生了热失控。

在一个实施例中，所述s104，根据所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率判断所述被加热电池是否发生热失控，还可以包括：所述若所述加热器12的温度等于所述预设截止温度时所述被加热电池未发生热失控，则所述电池包20通过测试。如果所述加热器12达到所述预设截止温度时，所述被加热电池单体仍未发生热失控，说明所述电池包20的安全性能较好，能够通过测试。所述加热器12的温度可以通过加热器温度传感器19获得。所述加热器温度传感器19与所述控制器18电连接。

请参见图2，本发明实施例还进一步提供一种电池包安全性的测试装置10。所述测试装置10包括所述加热器12、所述电池温度传感器14、电池电压传感器16、以及与所述加热器12、所述电池温度传感器14、所述电池电压传感器16连接的控制器18。所述加热器12用于给从所述多个电池单体22中选取的一个被加热电池单体加热。所述电池电压传感器16用于测量所述被加热电池单体的电压。所述电池温度传感器14用于感测所述被加热电池单体的电池温度。所述控制器18用于根据所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率判断所述被加热电池是否发生热失控。所述控制器18还用于当所述被加热电池发生热失控时停止加热所述被加热电池单体，若在预设时间内所述电池包20外部无明火出现，则所述电池包20通过测试。可以理解，所述控制器18可以是但不限于单片机。

在一个实施例中，所述控制器18还用于，当所述被加热电池发生热失控时停止加热所述被加热电池单体，若在预设时间内所述电池包20外部有明火出现，则所述电池包20未通过测试。

在一个实施例中，所述控制器18还用于：获取所述被加热电池单体的电池电压、电池温度及升温速率；当所述电压下降量大于预设电压下降量且所述升温速率大于预设升温速率时，判断所述被加热电池发生热失控；当所述电压下降量大于预设电压下降量且所述电池温度大于预设截止温度时，判断所述被加热电池发生热失控。

本发明提供的电池包安全性侧测试方法及装置，通过给电池包中的电池单体加热来引发被加热电池单体的热失控，并且进一步判断在预设时间内所述电池包是否有起火。若所述电池包在预设时间内没有起火，则所述电池包通过安全性测试。通过上述方法，可以检测车用电池包出厂之前的质量是否合格，从而可以保障车用电池包的安全。通过所述方法检测的电池包在用到电动车时，可以给乘员有充足的时间逃生，不会发生危险。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，随其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。