一种测试锂离子电池火灾危险性的方法与流程

1.本发明涉及一种测试锂离子电池火灾危险性的方法，属于锂电池火灾危险性测试与评价技术领域。

背景技术：

2.锂离子电池火灾危险性分级评价可为动力电池系统、电动汽车、储能系统的火灾防控提供科学依据，但国内外暂无采用单次实验检测锂离子电池火灾危险性的实验方法，现有采用多次实验评估电池火灾危险性的方法一致性较差，无法消除电池样品差异带来的误差。

技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种锂离子电池火灾危险性分级试验方法，通过热失控概率(最大热释放速率)与火灾威力(热失控温度)两个方面综合评估锂离子电池的火灾危险性。
4.本发明采取以下技术方案：
5.一种锂离子电池火灾危险性分级试验方法，最大热释放速率q
max
、热失控温度t0设定为二维坐标内的两个参数，在所述二维坐标内划分为由n*n个小矩形块构成的风险矩阵，将火灾危险性划分为n个风险等级；所述二维坐标内自q
max
最高、t0最低处向q
max
最低
、
t0最高方向形成n层阶梯区域，各阶梯区域为对应的火灾危险性的对应风险等级；所述锂离子电池的加热程序为：以设定速率加热设定时间t1，并维持恒温施加t2形成的一个温升台阶为一个程序单元，进展若干程序单元，直至锂离子电池发生热失控；所述锂离子电池发生热失控的判定调节为：同时满足以下a)和b)条件：
6.a)电池电压下降超过初始电压的设定比例；
7.b)电池加热面温度上升速率-电池加热速率大于等于第一设定值，且总加热时间超过第二设定值；
8.热失控温度t0判定方法为：若电池在恒温过程中发生热失控，则热失控温度为恒温温度减设定的若干℃，若电池在升温阶段发生热失控，则热失控时加热面温度即为热失控温度。
9.优选的，本方法包括以下步骤：
10.s1、按照不小于0.3c的恒定电流将锂离子电池充放电2个循环，并充电至100％荷电状态；
11.s2、在电池表面布置热电偶、加热板，并用夹具固定，放置于升降平台上3；
12.s3、进行程序升温热失控触发和锥形量热燃烧联测实验；
13.s4、根据所述风险矩阵获得锂离子电池的火灾危险性等级。
14.优选的，锂离子电池加热面中心位置布置2个热电偶t1和t2,背面中心布置1个热电偶t3，泄压阀布置1个热电偶t4，电池和加热板间布置等尺寸的导热石墨板，电池背面与夹板间布置有绝热棉层，电池放置于升降平台3上；试验开始前，通过调节升降平台3的高
度，使得锂离子电池喷射火能被锥形量热仪集烟罩1完全覆盖；采用基于锂离子电池加热面实时温度t1反馈的程序升温触发热失控，温度控制器通过实时检测反馈温度，以确保电池加热面温度t1按设定的所述加热程序上升，至到发生热失控。
15.优选的，锂离子电池的加热程序为：电池在25
±
5℃的室温条件下以5
±
1℃的所述设定速率加热至120℃，再以5
±
1℃的所述设定速率加热至130℃，期间恒温保持10min，如此周而复始直到电池发生热失控，温升台阶为10℃。
16.优选的，热失控温度t0判定方法中，所述设定的若干℃为5℃。
17.优选的，锂离子电池发生热失控的判定条件中，a)电池电压下降超过初始电压的设定比例为25％；b)电池加热面温度上升速率-电池加热速率大于等于的第一设定值为1℃/min，且总加热时间超过的第二设定值为3s。
18.优选的，采用基于耗氧原理的锥形量热仪测量锂离子电池火灾的热释放速率，获取最大热释放速率qmax。
19.优选的，根据电池的热失控温度t0和最大热释放速率qmax，基于所述风险矩阵，获得锂离子电池火灾危险性等级，电池火灾危险性等级分为极度危险i、严重危险ii、中度危险iii和轻度危险iv。
20.本发明的有益效果在于：在锥形量热仪集烟罩下的开放环境中测试锂离子电池热失控温度，统一了两个评价参数的测试工况，实现了在同一测试环境下电池热失控温度、热释放速率的一体式测量；而现有技术方法，需分别在封闭式热箱内测试电池热失控温度、在开放环境中测试电池热失控速率，两个评价参数测试工况无法统一，因此，无法通过单一测试实现锂离子电池火灾危险性的综合评价。本发明可以通过一次连续的试验实现锂离子电池火灾危险性的综合评价，可消除电池样品差异带来的误差，具有便捷、高效等优点。
附图说明
21.图1是本发明中的火灾危险性分级的风险矩阵的示意图。
22.图2是电池加热触发程序升温的温度曲线示意图。
23.图3是本发明锂离子电池火灾危险性分级试验时所采用的设备的示意图，需要说明的是，除了热电偶测试的部位以及数量选取以外，其余设备本身都属于现有技术。
24.图4是触发锂电池热失控时，进行的阶梯式温升的示意图。
25.图中，1.集气罩，2.摄像头，3.升降平台，4.标尺。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
27.参见图3，图3展示了一种测量锂电池火灾危险性分级试验的设备，需要说明的是，该设备本身都属于现有技术，本发明对于现有技术做出的贡献之处不在于该设备本身。
28.参见图1-4，本锂离子电池火灾危险性分级试验方法，包括如下步骤：
29.s1、按照生产厂商提供的方法且不小于0.3c的恒定电流将锂离子电池充放电2个循环，并充电至100％荷电状态；
30.s2、在电池表面布置热电偶、加热板，并用夹具固定，放置于升降平台上；
31.s3、进行程序升温热失控触发和锥形量热燃烧联测实验；
32.s4、根据风险矩阵获得锂离子电池的火灾危险性等级。
33.参见图1，锂离子电池加热面中心位置布置2个热电偶t1、t2,背面中心布置1个热电偶t3，泄压阀布置1个热电偶t4，电池和加热板间布置等尺寸的导热石墨板，电池背面与夹板间布置有绝热棉层，电池使用2n
·
m或厂商规定的的扭力固定，并放置于升降平台3上。
34.参见图1，试验开始前，通过调节升降平台的高度，使得锂离子电池喷射火能被锥形量热仪集烟罩1完全覆盖；
35.采用基于锂离子电池加热面实时温度(t1)反馈的程序升温触发热失控，温度控制器通过实时检测反馈温度，以确保电池加热面温度按设定程序上升，至到发生热失控，温度控制器的控温误差不大于2℃；
36.锂离子电池的加热程序为：电池在25
±
5℃的室温条件下以5
±
1℃的速率加热至120℃，再以5
±
1℃的速率加热至130℃，恒温保持10min，如此周而复始直到电池发生热失控，温升台阶为10℃；集气罩1的后端与基于耗氧原理的锥形量热仪连接，可直接测量测量锂离子电池火灾的热释放速率，从而获取最大热释放速率qmax。这里，对于电池的加热速率，实际是现有技术，稍微解释一下：采用基于耗氧原理的锥形量热仪测量锂离子电池火灾的热释放速率，获取最大热释放速率qmax，也就是说，设备是通过集气罩1采集燃烧气体，通过对于气体中氧气以及其他气体成分对于燃烧速率进行判定，该部分由于属于现有技术，在此不展开说明。
37.锂离子电池的热失控温度t0判定方法为：若电池在恒温过程中发生热失控，则热失控温度为恒温温度减5℃，若电池在升温阶段发生热失控，则热失控时加热面温度即为热失控温度；
38.锂离子电池发生热失控的判定条件为：
39.a、电池电压下降超过初始电压的25％，
40.b、电池加热面温度t2上升速率-电池加热速率≥1℃/min，且超过3s；当a和b同时满足时判定发生热失控。
41.最后，根据电池的热失控温度t0和最大热释放速率qmax，基于风险矩阵，获得锂离子电池火灾危险性等级，电池火灾危险性等级分为极度危险(i)、严重危险(ii)、中度危险(iii)和轻度危险(iv)，如图1所示。
42.本发明在锥形量热仪集烟罩下的开放环境中测试锂离子电池热失控温度，统一了两个评价参数的测试工况，实现了在同一测试环境下电池热失控温度、热释放速率的一体式测量；而现有技术方法，需分别在封闭式热箱内测试电池热失控温度、在开放环境中测试电池热失控速率，两个评价参数测试工况无法统一，因此，无法通过单一测试实现锂离子电池火灾危险性的综合评价。
43.通过上述实施例，可以通过一次连续的试验实现锂离子电池火灾危险性的综合评价，可消除电池样品差异带来的误差，具有便捷、高效等优点。

技术特征：

1.一种锂离子电池火灾危险性分级试验方法，其特征在于：最大热释放速率q
max
、热失控温度t0设定为二维坐标内的两个参数，在所述二维坐标内划分为由n*n个小矩形块构成的风险矩阵，将火灾危险性划分为n个风险等级；所述二维坐标内自q
max
最高、t0最低处向q
max
最低
、
t0最高方向形成n层阶梯区域，各阶梯区域为对应的火灾危险性的对应风险等级；所述锂离子电池的加热程序为：以设定速率加热设定时间t1，并维持恒温施加t2形成的一个温升台阶为一个程序单元，进展若干程序单元，直至锂离子电池发生热失控；所述锂离子电池发生热失控的判定调节为：同时满足以下a)和b)条件：a)电池电压下降超过初始电压的设定比例；b)电池加热面温度上升速率-电池加热速率大于等于第一设定值，且总加热时间超过第二设定值；热失控温度t0判定方法为：若电池在恒温过程中发生热失控，则热失控温度为恒温温度减设定的若干℃，若电池在升温阶段发生热失控，则热失控时加热面温度即为热失控温度。2.如权利要求1所述的锂离子电池火灾危险性分级试验方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、按照不小于0.3c的恒定电流将锂离子电池充放电2个循环，并充电至100％荷电状态；s2、在电池表面布置热电偶、加热板，并用夹具固定，放置于升降平台上(3)；s3、进行程序升温热失控触发和锥形量热燃烧联测实验；s4、根据所述风险矩阵获得锂离子电池的火灾危险性等级。3.如权利要求1所述的锂离子电池火灾危险性分级试验方法，其特征在于：锂离子电池加热面中心位置布置2个热电偶t1和t2,背面中心布置1个热电偶t3，泄压阀布置1个热电偶t4，电池和加热板间布置等尺寸的导热石墨板，电池背面与夹板间布置有绝热棉层，电池放置于升降平台(3)上；试验开始前，通过调节升降平台(3)的高度，使得锂离子电池喷射火能被锥形量热仪集烟罩(1)完全覆盖；采用基于锂离子电池加热面实时温度t1反馈的程序升温触发热失控，温度控制器通过实时检测反馈温度，以确保电池加热面温度t1按设定的所述加热程序上升，至到发生热失控。4.如权利要求1所述的锂离子电池火灾危险性分级试验方法，其特征在于：锂离子电池的加热程序为：电池在25
±
5℃的室温条件下以5
±
1℃的所述设定速率加热至120℃，再以5
±
1℃的所述设定速率加热至130℃，期间恒温保持10min，如此周而复始直到电池发生热失控，温升台阶为10℃。5.如权利要求1所述的锂离子电池火灾危险性分级试验方法，其特征在于：热失控温度t0判定方法中，所述设定的若干℃为5℃。6.如权利要求1所述的锂离子电池火灾危险性分级试验方法，其特征在于：锂离子电池发生热失控的判定条件中，a)电池电压下降超过初始电压的设定比例为25％；b)电池加热面温度上升速率-电池加热速率大于等于的第一设定值为1℃/min，且总加热时间超过的第二设定值为3s。
7.如权利要求1所述的锂离子电池火灾危险性分级试验方法，其特征在于：采用基于耗氧原理的锥形量热仪测量锂离子电池火灾的热释放速率，获取最大热释放速率qmax。8.如权利要求1所述的锂离子电池火灾危险性分级试验方法，其特征在于：根据电池的热失控温度t0和最大热释放速率qmax，基于所述风险矩阵，获得锂离子电池火灾危险性等级，电池火灾危险性等级分为极度危险(i)、严重危险(ii)、中度危险(iii)和轻度危险(iv)。