(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010230659.1
(22)申请日 2020.03.27
(71)申请人 蜂巢能源科技有限公司
地址 213000 江苏省常州市金坛区华城中
路168号
(72)发明人 冯志升 颜广博
(74)专利代理机构 北京润平知识产权代理有限
公司 11283
代理人 肖冰滨 王晓晓
(51)Int.Cl.
H01M 10/615(2014.01)
H01M 10/637(2014.01)
H01M 10/654(2014.01)
H01M 6/50(2006.01)
(54)发明名称电芯热失控仿真电路及方法(57)摘要本发明涉及电池仿真技术领域，其实施方式提供了一种电芯热失控仿真电路，包括：电芯，以及设置于所述电芯的电解液中的三极管，所述三极管的集电极与所述电芯的正极相连，所述三极管的发射极与所述电芯的负极相连，所述三极管的基极引出作为漏电阻调节控制端。同时还提供了一种对应的电芯热失控仿真方法以及一种电芯热失控仿真系统。本发明的实施方式用大功率三极管内嵌入电芯来模拟热失控，将热失控触发能量完全来自电芯本身和内部，能够更加真实地触发热失控过程；并通过调节基极电流的大小，来模拟内短路造成热失控的整个过程，电流 可调节范围较大而且过程可控；而且电路简单方便，能够体现热失控的不同阶段电芯电压及温度的
变化。权利要求书1页 说明书6页 附图2页CN 112234276 A 2021.01.15
C N 112234276
A
1.一种电芯热失控仿真电路，其特征在于，包括：
电芯；以及设置于所述电芯的电解液中的三极管；
所述三极管的集电极与所述电芯的正极相连，所述三极管的发射极与所述电芯的负极相连，所述三极管的基极引出作为漏电阻调节控制端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述三极管的基极通过可调电阻与所述电芯的正极相连。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述可调电阻为热敏电阻，设置于所述电芯的表面，所述热敏电阻的工作温度与所述电芯的温度相关。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述三极管为多个，多个三极管为并联关系。
5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电路还包括电流计，所述电流计与所述可调电阻串联，用于测量流过所述三极管的基极的电流。
6.一种电芯热失控仿真方法，其特征在于，包括：
将三极管设置于电芯的电解液中，将所述三极管的集电极与所述电芯的正极相连，所述三极管的发射极与所述电芯的负极相连，所述三极管的基极引出作为漏电阻调节控制端，所述三极管用于通过发热作为所述电芯的加热源。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过调节流过所述三极管的基极的电流来调节所述三极管的内阻以及流过三极管的电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，调节流过所述三极管的基极的电流，包括：将所述三极管的基极通过可调电阻与所述电芯的正极相连，通过改变所述可调电阻的阻值来改变流过所述三极管的基极的电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述可调电阻为热敏电阻，设置于所述电芯的表面，所述热敏电阻的工作状态取决于所述电芯的温度。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，设置于所述电芯的电解液中的三极管为多个，多个三极管
为并联关系。
权 利 要 求 书1/1页CN 112234276 A
电芯热失控仿真电路及方法
技术领域
[0001]本发明涉及电池仿真技术领域，特别涉及一种电芯热失控仿真电路和一种电芯热失控仿真方法。
背景技术
[0002]要完全模拟一个完整的热失控过程需要满足以下条件：1)电芯热失控的能量来源于本身；2)电芯正负极之间有电流产生；3)电芯正负极之间存在电阻。现有技术中，针对模拟电芯热失控的方式主要采用以下方式：1、电加热片等加热装置触发热失控的试验方法，主要采用外部加热的方式，使电芯的接收能量大于所能散逸的热量，造成热失控；2、内置电阻法：将一定阻值的电阻，具体可以是记忆合金的方式，预埋在电芯内部，通过产生内短路现象来模拟热失控的发生。但前述的两种热失控触发技术都存在以下问题：
[0003]1)不能完全覆盖电芯在热失控时的所有表现形式，有一定的局限性。例如不同的环境温度，不同
的漏电阻值的大小等都会对这种热失控表现、时间、结果有很大影响，例如有可能不满足5分钟时间需求。
[0004]2)不能在电芯热失控时完全反应电芯的内在特性的变化。例如造成电芯热失控的电芯内短路、外短路的短路程度不同导致电芯两端的电压大、小表现不同。而该试验方法无法将电芯在热失控前的电压变化及时、有效的反映出来。
[0005]3)局限于模拟整包中只有一只电芯热失控的情况，实际存在多个电芯同时或不同位置热失控情况。
[0006]4)电芯的热失控能量实际是由该电芯本身产生的热量不受控的释放在该电芯内部导致。该方法由外部加热引发电芯热失控，不能仿真出真实热失控的过程。
发明内容
[0007]有鉴于此，本发明旨在提出一种电芯热失控仿真电路、方法及系统，以至少解决电芯在热失控仿真中存在仿真模型无法准确模拟出电芯内阻变化和电流变化的问题。[0008]为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电芯热失控仿真电路，所述电路包括：包括：电芯，以及设置于所述电芯的电解液中的三极管，所述三极管的集电极与所述电芯的正极相连，所述三极管的发射极与所述电芯的负极相连，所述三极管的基极引出作为漏电阻调节控制端。
[0009]可选的，所述三极管的基极通过可调电阻与所述电芯的正极相连。
[0010]可选的，所述可调电阻为热敏电阻，设置于所述电芯的表面，所述热敏电阻的工作温度与所述电芯的温度相关。
[0011]可选的，所述三极管为多个，多个三极管为并联关系。
[0012]可选的，所述电路还包括电流计，所述电流计与所述可调电阻串联，用于测量流过所述三极管的基极的电流。
[0013]在本发明的第二方面，还提供了一种电芯热失控仿真方法，包括：将三极管设置于
电芯的电解液中，所述三极管的集电极与所述电芯的正极相连，所述三极管的发射极与所述电芯的负极相连，所述三极管的基极引出作为漏电阻调节控制端，所述三极管用于通过发热作为所述电芯的加热源。
[0014]可选的，通过调节流过所述三极管的基极的电流来调节所述三极管的内阻以及流过三极管的电流。
[0015]可选的，将所述三极管的基极通过可调电阻与所述电芯的正极相连，通过改变所述可调电阻的阻值来改变流过所述三极管的基极的电流。
[0016]可选的，所述可调电阻为热敏电阻，设置于所述电芯的表面，所述热敏电阻的工作状态取决于所述电芯的温度。
[0017]可选的，设置于所述电芯的电解液中的三极管为多个，多个三极管为并联关系。[0018]本发明第三方面还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的电芯热失控仿真方法。
[0019]通过本发明提供的上述技术方案，具有以下有益效果：
[0020]1)用大功率三极管内嵌入电芯来模拟热失控，将热失控触发能量完全来自电芯本身和内部，更加真实地触发热失控；
[0021]2)通过调节基极电流的大小，来模拟内短路造成热失控的整个过程，电流可调节范围较大而且过程可控；
[0022]3)电路简单方便，能够体现热失控的不同阶段电芯电压及温度的变化。
[0023]本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0024]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0025]在附图中：
[0026]图1是本发明一种实施方式提供的电芯热失控仿真电路的结构示意图；
[0027]图2是本发明一种实施方式提供的电芯热失控仿真电路的电路示意图；
[0028]图3是本发明一种实施方式提供的电芯热失控仿真系统的结构示意图。
具体实施方式
[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0030]以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0031]图1是本发明一种实施方式提供的电芯热失控仿真电路的结构示意图。如图1所示，本实施方式提供一种电芯热失控仿真电路，包括：电芯，以及设置于所述电芯的电解液中的三极管，所述三极管的集
电极与所述电芯的正极相连，所述三极管的发射极与所述电芯的负极相连，所述三极管的基极引出作为漏电阻调节控制端。
[0032]如此，通过采用三极管代替现有技术中用于加热电芯的发热电阻，不仅能够满足电芯的气密性要求，还能模拟出电芯在热失控过程中的内阻变化情况和电流的变化情况。
[0033]具体的，引起电芯热失控的起因和过程为：电芯热失控最初是由于电芯漏电开始，随着漏电电阻逐渐变小，漏电电流加大形成电芯内短路，包括析锂到枝晶，同时也包括外短路。由于电流通过漏电阻会发热，该热量释放到电芯内部，当电芯接收到的能量大于散逸的能量时，使电芯温度升高，升高到临界值后将电解液汽化，随着电芯内汽化后气体的增多，电芯内的气压增高，压力达到一定高时该汽化的气体从电芯体内喷出形成热失控。因此电芯热失控需要具备：(1)在电芯两极有电流通路。(2)电流通路有电阻。(3)电阻是由小到大变化过程。现有的技术中多采用发热电阻的方式来进行内部的人为短路，所需的电流较大，并由于待测电芯本身的电压的影响，对于流经发热电阻的电流的控制不太理想。因此本实施方式利用大功率三极管工作在放大区，通过调节基极电流的方法来调节三极管的内阻及流过三极管的电流，来模拟热失控。具体实施为：将NPN型三极管埋在电芯的端头的极耳附近的电解液中，将三极管的集电极与电芯的正极连接，三极管的发射极与电芯的负极相连接，三极管的基极引出作为漏电阻调节控制端。根据三极管的放大特性，β为放大倍数，由所选定的三极管来获取，Ic＝βIb；Ie＝1+βIb；Ib、Ic、Ie分别为基极电流、源极电流和发射极电流。通过控制Ib能够控制流过电芯的电流大小，同时还由于
三极管在不同的工作状态下具有的内阻不同，以此能够模拟出电芯在热失控过程中的电阻变化情形。为了较好地仿真电芯内部的发热情况，将三极管埋入电芯的电解液中，为了实现更好的效果，将其埋入电池的极耳附近的电解液中。此时，用户可以通过控制基极的工作状态实现对该三极管的工作状态的控制，进而更加有效地控制其发热量和热失控的进程。
[0034]在本发明提供的一种实施方式中，所述三极管的基极通过可调电阻与所述电芯的正极相连。为了控制输入基极的电流，可以采用可变电流计作为基极的输入电流，也可以通过滑动变阻器作为可变电阻，通过改变基极的阻值来控制输入基极的电流Ib，进而实现对流过所述三极管的电流的控制。
[0035]在本发明提供的一种实施方式中，所述可调电阻为热敏电阻，设置于所述电芯的表面，所述热敏电阻的工作温度与所述电芯的温度相关。热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，其在不同的温度下表现出不同的电阻值。前一步中，提供了两种控制基极电流Ib变化的方式，本实施方式另外采用热敏电阻的形式，能够实现输入基极的电流Ib随着电芯温度的变化而自动改变，无需通过人为调节电阻阻值，使热失控仿真过程更加符合热失控的实际。通过选用合适的温度系数的电阻，能够在不依靠人工调节的条件下，在更大的范围改变电芯的内阻，从而影响输入基极的电流Ib。此处的热敏电阻对于电芯内阻的改变量可以为正，也可以为负，取决于选用的热敏电阻的温度系数，并根据实际场景进行选用。此处的热敏电阻的工作温度与所述电芯的温度相关，理想的情况下为相等。但是由于热量传播的损
耗，在实际的场景中，热敏电阻的工作温度略低于所述电芯的温度。本实施方式也避免了采用电阻加热时的内阻变化量小的弊端，能够模拟出从正常情况至短路状态的全过程。
[0036]在本发明提供的一种实施方式中，所述三极管为多个，多个三极管为并联关系。对于不同容量和不同材质的电芯，触发热失控所需要的能量各不相同，但又限于三极管的功率限制，可能单只三极管不能满足部分电芯触发热失控的条件，因此，本实施方式中将多只三极管并联后置于电芯电解液中，每个三极管的连接方式均按前述的连接方式进行连接，
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