一种锂离子电池针刺测试组件的制作方法

本实用新型涉及锂电池安全测试技术领域，特别是涉及一种锂离子电池针刺测试组件。

背景技术：

锂离子电池的安全状况与许多因素相关，如材料体系、设计水平、生产控制和电池使用情况等。内部短路对电池的危害较大，一般通过针刺测试来模拟电池发生内部短路时的安全状况。针刺测试被认为是最为严苛的一种安全测试，它是将一枚钢针以一定的速度刺穿电池。在进行针刺测试时，电池发生内部短路，电池因各自安全特性的差异，针刺后的表现有所不同，有的在电池内部产生大量的热，甚至引发电池的起火和爆炸，有的电池仅产生发热，但并无起火冒烟等严重现象。通过针刺测试中的温度观测和现象分析，可以在一定程度上快捷评价电池体系的安全性能。

目前，对于锂离子电池的针刺测试及过程仿真进行了广泛的研究。随着对于锂离子电池安全性更为严苛的要求，高温针刺试验成为很多企业要求通过的项目。

现有的对锂离子电池的高温针刺试验主要分为两种：第一种是在高温针刺机内进行，将锂离子电池置于高温针刺机的环境箱内，并加热到目标温度后，进行针刺测试，这种针刺测试方式的弊端是，由于测试环境是封闭的，随着电池容量和能量密度的提升，针刺试验测试存在一定的安全风险；第二种是将锂离子电池预先加热到目标温度，然后，将锂离子电池转移至敞开的针刺机上，以进行针刺试验，这种针刺测试方式的安全性有保障，但其存在的弊端是，锂离子电池的测试温度无法保证，并且刺针的温度偏低，如此大大影响到针刺试验结果的准确性，并达不到相应的试验效果。

由此可见，为了确保针刺测试的安全性，应在敞开的环境下进行高温针刺测试，而基于现有的高温针刺试验，当前难以确保敞开的环境下的锂离子电池和刺针的温度，从而难以确保在敞开的环境中进行高温针刺测试的效果。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种锂离子电池针刺测试组件，用于解决当前难以确保敞开环境下锂离子电池和刺针的温度，从而难以确保锂离子电池的高温针刺测试效果的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种锂离子电池针刺测试组件，包括第一发热夹板、第二发热夹板和发热刺针；所述第一发热夹板、所述第二发热夹板平行相对呈间隔设置，并通过锁紧结构连接为一体；所述第一发热夹板、所述第二发热夹板上各设有呈相对布置的贯穿孔，所述发热刺针可插装于所述贯穿孔中。

其中，所述第一发热夹板、所述第二发热夹板及所述发热刺针的发热温度相同。

其中，所述第一发热夹板与所述第二发热夹板的结构相同，包括相连接的金属板体和第一发热组件；和/或，所述发热刺针包括相连接的钢质针体和第二发热组件。

其中，所述金属板体内设有第一腔体；所述第一腔体内安装所述第一发热组件，所述第一发热组件包括第一电加热丝或换热盘管，所述第一电加热丝的外侧壁上包覆有第一绝缘层。

其中，所述第二发热组件为第二电加热丝，所述第二电加热丝的外侧壁上包覆有第二绝缘层；所述第二电加热丝设置于所述钢质针体内的沿其轴向设置的第二腔体内，或所述第二电加热丝缠绕在所述钢质针体的外侧壁上。

其中，还包括温度传感器和功率调节器件；所述温度传感器分别用于采集所述第一发热夹板、所述第二发热夹板及所述发热刺针的表面温度；所述第一电加热丝、所述第二电加热丝的通电回路上均安装所述功率调节器件，所述功率调节器件根据所述温度传感器采集到的温度信息，对相应通电回路上所述第一电加热丝或所述第二电加热丝的加热功率进行调节。

其中，所述第一腔体沿着所述金属板体的端面设置；所述第一电加热丝或所述换热盘管在所述第一腔体内呈蛇形排布。

其中，所述金属板体由两个半块金属板体对称拼装而成；所述半块金属板体的拼合面上设有下沉槽，两个所述半块金属板体上的下沉槽对应拼合构成所述第一腔体。

其中，所述锁紧结构包括螺栓锁紧结构；所述第一发热夹板、所述第二发热夹板之间设有多套所述螺栓锁紧结构；多套所述螺栓锁紧结构分为两组，并在所述第一发热夹板与所述第二发热夹板的一个相对侧呈对称布置。

本实用新型实施例提供的锂离子电池针刺测试组件，在敞开的环境下进行针刺测试时，可将预检测的锂离子电池夹持在第一发热夹板、第二发热夹板之间，通过第一发热夹板、第二发热夹板表面热量的传导来确保预检测的锂离子电池的温度；由于发热刺针自带一定的发热温度，从而在敞开的环境下对预检测的锂离子电池进行高温针刺试验时，可确保预检测的锂离子电池及相应的发热刺针的温度，从而确保了高温针刺测试的效果，并保证了针刺试验的便利性和安全性，大大节约了设备投入成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所示的锂离子电池针刺测试组件在敞开的环境中进行针刺测试的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所示的第一发热夹板内的第一电加热丝与功率调节器件相连接的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所示的发热刺针的第一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例所示的发热刺针的第二种结构示意图。

附图标记说明：1、第一发热夹板；11、金属板体；12、第一发热组件；13、第一腔体；14、功率计；15、变压器；2、第二发热夹板；3、发热刺针；31、钢质针体；32、第二发热组件；33、第二腔体；4、贯穿孔；5、预检测的锂离子电池；6、锁紧结构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1至图2，本实施例提供了一种锂离子电池针刺测试组件，包括第一发热夹板1、第二发热夹板2和发热刺针3；第一发热夹板1、第二发热夹板2平行相对呈间隔设置，并通过锁紧结构6连接为一体；第一发热夹板1、第二发热夹板2上各设有呈相对布置的贯穿孔4，发热刺针3可插装于贯穿孔4中。

具体的，本实施例所示的针刺测试组件，在敞开的环境下对预检测的锂离子电池5进行针刺测试时，可将预检测的锂离子电池5夹持在第一发热夹板1、第二发热夹板2之间，通过第一发热夹板1、第二发热夹板2表面热量的传导来确保预检测的锂离子电池5的温度；由于发热刺针3自带一定的发热温度，从而在敞开的环境下对预检测的锂离子电池5进行高温针刺试验时，可确保预检测的锂离子电池5及相应的发热刺针3的温度，从而确保了高温针刺测试的效果，并保证了针刺试验的便利性和安全性，大大节约了设备投入成本。

在此应当指出的是，第一发热夹板1与第二发热夹板2均可理解为，在常规的夹板上设置相应的发热元件，以使其具有相应的发热功能。同理，发热刺针3也可理解为，在现有的刺针上设置相应的发热元件，以使其具有相应的发热功能，其中，发热元件可以为电加热元件，也可以为其它形式的加热结构或传热结构。

优选地，本实施例中第一发热夹板1、第二发热夹板2及发热刺针3的发热温度相同。

具体的，在进行针刺测试时，通过设置第一发热夹板1、第二发热夹板2及发热刺针3相同的发热温度，可使得被夹持在第一发热夹板1、第二发热夹板2之间预检测的锂离子电池5与发热刺针3的表面温度相同，由此可确保在敞开的环境中进行高温针刺测试的效果。

优选地，本实施例中第一发热夹板1与第二发热夹板2的结构相同，包括相连接的金属板体11和第一发热组件12；和/或，发热刺针3包括相连接的钢质针体31和第二发热组件32。

具体的，本实施例中第一发热夹板1与第二发热夹板2均采用金属板体11的结构，由于金属板体11具有较好的传热效果，这有利于金属板体11对第一发热组件12发出的热进行热量传导，以确保其表面温度，其中，金属板体11的具体材质可以为铝、铁、铝铁合金、不锈钢或者其他与锂离子电池在电池系统中的安装方式一致的材料等。

与此同时，本实施例中发热刺针3采用了钢质针体31，钢质针体31具有较强的硬度，以便进行针刺试验，并且钢质针体31还可对第二发热组件32发出的热进行热量传导，以确保其表面温度。

优选地，本实施例中金属板体11内设有第一腔体13；第一腔体13内安装第一发热组件12，第一发热组件12包括第一电加热丝或换热盘管，第一电加热丝的外侧壁上包覆有第一绝缘层。

具体的，本实施例通过将第一发热组件12设置在金属板体11的第一腔体13内，既确保了金属板体11具有较好的传热效率，还确保了金属板体11的美观性，其中，可采用便于通电发热的第一电加热丝或便于通入换热介质(水)以进行热传导的换热盘管作为第一发热组件12。

与此同时，为了确保第一电加热丝进行电加热的安全性，在第一电加热丝的外侧壁上应设置一层第一绝缘层，第一绝缘层具体可采用的材质为耐高温的陶瓷材料、耐高温胶带、玻璃纤维膜或铁氟龙胶带。

优选地，本实施例中第二发热组件32为第二电加热丝，第二电加热丝的外侧壁上包覆有第二绝缘层；第二电加热丝设置于钢质针体31内的沿其轴向设置的第二腔体33内，或第二电加热丝缠绕在钢质针体31的外侧壁上。

具体的，如图3所示，在钢质针体31的直径为5～8mm时，可在钢质针体31内设置沿其轴向布置的第二腔体33，在第二腔体33安装第二电加热丝，第二电加热丝在钢质针体31内通电发热，以使得发热刺针3的表面达到相应的温度，其中，第二电加热丝表面设置的第二绝缘层也是起到绝缘保护的作用，第二绝缘层具体可采用的材质也可为耐高温的陶瓷材料、耐高温胶带、玻璃纤维膜或铁氟龙胶带。

如图4所示，在钢质针体31的直径为1～3mm时，由于钢质针体31的直径太小无法内部嵌入第二电加热丝，从而将第二电加热丝缠绕在钢质针体31的外侧壁上，以达到对发热刺针3进行表面控温的目的。

优选地，本实施例中还包括温度传感器和功率调节器件；温度传感器分别用于采集第一发热夹板1、第二发热夹板2及发热刺针3的表面温度；第一电加热丝、第二电加热丝的通电回路上均安装功率调节器件，功率调节器件根据温度传感器采集到的温度信息，对相应通电回路上第一电加热丝或第二电加热丝的加热功率进行调节。

具体的，本实施例中温度传感器可以为热电偶，通过在第一发热夹板1、第二发热夹板2及发热刺针3的表面分别布置热电偶，以进行相应的温度采集。如图2所示，功率调节器件可包括功率计14和变压器15，在第一电加热丝的通电回路上，变压器15一次侧的两个抽头连接电源，二次侧的两个抽头连接第一电加热丝的两端，功率计14的两个输入端连接变压器15一次侧的两个抽头，功率计14的两个输出端连接变压器15二次侧的两个抽头，通过调节功率计14可相应地调节第一电加热丝的加热功率。

同理，第二电加热丝也可在其通电回路安装上述功率调节器件，以实现对其加热功率的调节，在此对其功率调节器件的安装结构不再进行具体的描述。

在其中一个具体实施例中，设置第一发热夹板1、第二发热夹板2均为10mm的不锈钢材质的金属板体11；设置发热刺针3的直径为5mm；设置预检测的锂离子电池5为磷酸铁锂铁硬壳电池或三元811软包电池。

通过功率调节器件的调节，可使得第一发热夹板1、第二发热夹板2的发热温度为35℃±5℃，相应的第一电加热丝的加热功率为0.5kw，并且发热刺针3的发热温度为35℃±5℃，相应的第二电加热丝的加热功率为0.3kw。在发热温度为35℃时，可以对75ah的磷酸铁锂铁硬壳电池进行针刺测试。

与此同时，通过功率调节器件的调节，还可使得第一发热夹板1、第二发热夹板2的发热温度为65℃±5℃，相应的第一电加热丝的加热功率为0.8kw，并且发热刺针3的发热温度为65℃±5℃，相应的第二电加热丝的加热功率为0.6kw。在发热温度为65℃时，可以对40ah的三元811软包电池进行针刺测试。

优选地，本实施例中第一腔体13沿着金属板体11的端面设置；第一电加热丝或换热盘管在第一腔体13内呈蛇形排布。

具体的，如图2所示，第一腔体13沿着金属板体11的端面设置，并且第一腔体13的侧壁靠近金属板体11的四个侧壁，从而第一腔体13对应金属板体11端面的截面在金属板体11相应的截面上具有较大的占比，在将蛇形排布的第一电丝或换热盘管设置在第一腔体13内时，金属板体11的端面受热面积较大，能够快速地进行热传导，并确保了金属板体11端面温度的均衡性。

在其中一个优选实施例中，为了便于实现将第一电丝或换热盘管安装至第一腔体13内，设计金属板体11由两个半块金属板体11对称拼装而成；半块金属板体11的拼合面上设有下沉槽，两个半块金属板体11上的下沉槽对应拼合构成第一腔体13。

优选地，本实施例中锁紧结构6包括螺栓锁紧结构；第一发热夹板1、第二发热夹板2之间设有多套螺栓锁紧结构；多套螺栓锁紧结构分为两组，并在第一发热夹板1与第二发热夹板2的一个相对侧呈对称布置。

具体的，通过设计多套螺栓锁紧结构对第一发热夹板1、第二发热夹板2进行锁紧，从而在每次测试时，可采用扭力扳手对各个螺栓锁紧结构中的螺栓进行锁紧，以对每个螺栓锁紧结构施加一致的预紧力，确保了每次针刺测试时施加扭矩的一致性，并确保了测试结果的准确性；此外，该螺栓锁紧结构能较好地模拟锂离子电池在电池系统中的状态，从而更能体现锂离子电池在实际工况下的试验结果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。