首度曝光！仰仪科技&泰默检测联合发布锂电池安全测试解决方案

2022-01-20 12:07:00, 仰仪科技杭州仰仪科技有限公司

锂电池安全性是制约锂电池大规模应用的重要因素，锂电池热失控主动防控技术研究和应用是提升锂电池安全性的有效措施。深入认识锂离子电池安全性就必须系统地研究锂离子电池热失控及热扩散机制，明确锂离子电池发生热失控及热散失等行为表征及具体危害方法，进而实现电池安全性能可靠监管。基于此，现有的锂电池热失控研究主要分为两个方面：一方面为锂电池热失控机制的研究，包括锂电池热失控诱因、材料热稳定性及电池系统反应热动力学等；另一方面为锂电池热扩散和火灾蔓延性能研究，包括锂电池自身热散失能力、锂电池组热扩散的机制和防治、锂电池组热设计优化等。其主要研究思路为通过实验获得锂电池材料、锂电池单体热失控行为，分析锂电池热失控机制，结合热扩散测试等量化锂电池热物性参数，运用数值模拟仿真大规模锂电池组火灾蔓延、热失控行为，优化锂电池、锂电池组热设计，实现锂电池热失控的有效防控。[1,2]而可靠的实验工具和丰富的实验手段是获得准确的热失控机制和热物性参数的重要保障，也是开展锂电池热失控研究及热管理优化设计的前提。

仰仪科技联合泰默检测在危险化学品及化工过程热安全评估、材料热物性测试等领域长期耕耘基础上，为锂电池研发、生产及安全检测部门提供了从电池原材料到大型电池组安全检测及热物性测试的一整套解决方案。

为了获得准确的锂电池热失控机制，需运用量热仪器及相应实验开展从锂电池材料到锂电池单体及电池组的反应热动力学研究，涉及的主要仪器是绝热加速量热仪。

针对锂电池安全检测，仰仪-泰默自主研发了绝热加速量热仪BAC-90A和BAC-420A，如图1所示。其中BAC-90A主要针对锂电池电解液、粉末状及小颗粒原材料、纽扣电池、18650圆柱型电池、小型软包电池的热失控行为测试；BAC-420A主要针对大型锂电池单体、锂电池模组的热失控行为测试。 BAC-90A和BAC-420A通过集成热滥用、电滥用、机械滥用等功能，模拟锂电池各种热失控诱发因素及最糟糕热失控环境(绝热环境)，同步采集各种滥用条件下电池电压、电流、电量、温度、压力、时间数据，可直接测得更加准确的电池热失控起始温度、最大热失控速率、绝热温升等热行为参数。

图1 绝热加速量热仪BAC-90A：左侧为量热仪主体，右侧为电池充放电管理设备

定量的热物性参数及热扩散特性是开展锂电池热散失及锂电池模组间热传播数值研究的基础。而由于锂电池本身的材料种类多样性、新颖性及结构复杂性，且其热物性缺乏文献数据，使得开展锂电池单体或锂电池组传热建模主要依靠研究人员经验，可信度不高。针对这一情况，泰默-仰仪基于主动热成像技术开展了热物性测试技术和装置的研制，其基本原理如图2所示。可在不拆解、不破坏试样，不允许制样的条件下实现形状不规则样品各向异性的热物性检测。涉及的仪器包括导热系数测试仪、电池模组热阻测试仪、热扩散测试仪等。

软包电芯、硬壳锂电池导热系数是反映锂电池热扩散能力的重要参数之一。泰默-仰仪基于主动红外热成像技术，对热成像数据分析及传热反演，实现锂电池导热系数精确测量，如图3所示。

图3 锂电池导热系数测试仪(可根据被测对象大小、形状现场安装调试)

电池模组热阻测试是评价电池热扩散和热传播的重要参数，也是电池生产厂家及电动汽车生产企业评价电池模组散热能力的质控参数之一。泰默-仰仪基于传热反演技术，可实现电池模组热阻的空间分布分析和定量评估，如图4所示。

图4 电池模组热阻测试仪

锂电池单体或锂电池组的热扩散试验可直观的反应锂电池的热扩散能力。热扩散试验测试系统主要通过主动加热和针刺两种方式触发热失控，并实时监测电压及温度数据，为锂电池热稳定性评估提供实验依据。加热是在给定固定功率的情况下通过加热棒或柔性加热器插入、紧靠、环抱电池单体或电池组进行；针刺是通过电机调整钢针位置和方向对电池单体或电池组进行穿刺；电压监测和温度采集则是通过数据采集模块完成，通过电压阈值比较和温度数据求导，实现热失控条件判定；同时通过高速摄像机记录热失控全过程影像信息，抓取热失控触发开启、热失控触发停止、外部烟、火、爆炸等关键事件照片，生成热扩散实验报告。本装置对锂电池安全性检测、科学问题研究、风险预测以及事故调查分析具有重要技术支撑作用。测试系统针刺、加热、测温布置示意图如图5和6所示。针刺触发时，温度传感器的位置应尽可能接近短路点。加热触发时，温度传感器布置在远离热传导的一侧，即安装在加热装置的对侧（如图6）。

图5 针刺触发时温度传感器的布置位置示意图

图6 加热触发时温度传感器的布置位置示意图