[發明專利]一種鋰離子電池熱失控產氣速率與產氣量測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110120120.5
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112798049B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 黃崢;郭鵬宇;王庭華;劉玉璽;吳靜云;田方媛;郭莉;李妍;王球;周洪偉;張淼;周宇;宗炫君;鄒盛
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院;南京消防器材股份有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 張紅蓮;王萍

一種鋰離子電池熱失控產氣速率與產氣量測量裝置及方法，在電池熱失控下，控制惰性氣體以恒定流量流過第一質量流量計和第二質量流量計的同時，熱失控釋放氣體流過第二質量流量計，從而實現在不受溫度、壓力等外界因素的干擾下，直接測量熱失控過程中的產氣速率及產氣量。測量方法的準確性高、測量裝置操作簡單，還可根據需要實時監控鋰離子電池熱失控過程的電池溫度、氣體濃度和電壓變化情況，為電池熱失控分析提供準確的數據，為該類電池在以后的熱失控早期預警及防控設計方面提供指導。

技術領域

本發明涉及鋰電池安全性能測試技術領域，更具體地，涉及一種鋰離子電池熱失控產氣速率與產氣量測量裝置及方法。

背景技術

伴隨新能源電動汽車保有量的快速增加，電動汽車火災事故引起人們的密切關注，在各種濫用情況下，比如電池發生過熱、過充、過放、受到沖擊、擠壓、內外短路等，電池內部的各種材料之間發生化學反應，產生大量的熱，引起電池的熱失控，最終誘發電動汽車著火或者爆炸等安全事故。鋰離子電池在熱失控中由于高溫會導致負極SEI膜分解、正極活性物質分解和電解液的氧化分解，產生大量的氣體，導致鋰離子電池內部氣體壓力急劇升高，引起電池發生爆炸，大量高溫、可燃和有毒的氣體從電池中釋放出來，會嚴重威脅乘客的人身和財產安全。隨著鋰離子電池尺寸和容量的不斷增加，熱失控釋放出的氣體往往也會成倍的增加，因此有必要對大容量的鋰離子電池在熱失控過程中的產氣速率及產氣量進行詳細的分析，以在鋰離子電池組熱失控預警防護產品設計和生產中采取相應的防護措施。

現有技術中，關于鋰離子電池熱失控過程中的產氣速率及產氣量測量，通常搭建簡易裝置進行電池產氣量測量，主要有排水法和氣缸活塞法。在使用排水法測量氣體體積時，待測氣體會與液體充分接觸。但是，電池產氣成分非常復雜，可能包含易溶于水甚至與水反應的組分，因此導致排水法存在測量誤差大、重復性低的缺點。使用氣缸活塞法測量氣體體積變化的基本原理是氣缸內氣體膨脹推動活塞，通過測量活塞的位移來計算產氣量。根據理想氣體狀態方程，在使用氣缸活塞法測量氣體體積變化時，由于活塞與氣缸內壁的摩擦力不可避免，無法保證氣壓恒定。因此在使用氣缸活塞法測量電池產氣體積時，難以保證待測電池釋放氣體前后氣缸內氣壓相等，可操作性差，產氣量測量結果準確度不高，導致后續氣體成分分析結果與真實結果誤差較大。且排水法和氣缸活塞法在測量過程中均受溫度、壓力變化的影響，抗干擾能力較差，另外只能測試產氣總量，不能同步測試熱失控過程中的產氣速率。綜上所述，現有技術關于鋰離子電池熱失控過程中的產氣量測量裝置存在的測量誤差大、可操作性差、重復性低及無法同步測試熱失控過程中的產氣速率等問題。

發明內容

為解決現有技術中存在的不足，本發明的目的在于，提供一種鋰離子電池熱失控產氣速率與產氣量測量裝置及方法，不受溫度、壓力等外界因素的干擾，測量準確性高、操作簡單，可直接測量熱失控過程中的產氣速率及產氣量，亦可根據需要實時監控鋰離子電池熱失控過程的電池溫度、氣體濃度和電壓變化情況，為電池熱失控分析提供準確的數據，為該類電池在以后的熱失控早期預警及防控設計方面提供指導。

本發明采用如下的技術方案。

一種鋰離子電池熱失控產氣速率與產氣量測量方法的步驟如下：

步驟1，將惰性氣體以恒定流量流過第一質量流量計和第二質量流量計，利用第一質量流量計采集第一瞬時流量初始值、第一積累流量初始值，以及利用第二質量流量計采集第二瞬時流量初始值、第二積累流量初始值；

步驟2，校對第一質量流量計和第二質量流量計，使得第一瞬時流量初始值和第一積累流量初始值相等、第二瞬時流量初始值和第二積累流量初始值相等；

步驟3，當檢測到電池發生熱失控時，開始采集電池特征信息以及熱失控觸發方式特征信息，并根據不同的熱失控觸發方式特征信息加速熱失控氣體釋放，使得惰性氣體以恒定流量流過第一質量流量計和第二質量流量計的同時，熱失控氣體流過第二質量流量計；