锂离子电池的开发需要安全的电池测试系统

作者: Martin Schweiger 文章来源:Automobil Industrie 发布时间:2020-03-30
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正确地使用锂离子电池是关乎安全的头等大事。但在产品研发和测试阶段,锂离子电池的爆炸与火灾风险却是很大的。这就要求电池试验台必须采取一些特殊的安全保护措施,以便能确保安全。

锂离子电池开发流程中最后一步便是完成模拟测试和检验认证。当前,不断涌现的新技术在锂离子电池的安全与性能方面有了长足的进步。与此同时,以前从未出现的形状与尺寸的新锂离子电池产品也不断涌现。这些市场及产品的新动向不断为锂离子电池的检测系统提出了前所未有的挑战。

目前,锂离子电池的应用形式具有非常多样性的特点。从电池包数量到电池的形状,直至电池组的封装技术花样繁多。从品类上看,封装电池组分为:轻度混合动力系统用锂离子电池组(约1 kW・h);插电式混合动力系统用电池组(7.5~15 kW·h)和动力电池(>50 kW·h)。当然,不同的能量级别所应对的使用环境也不尽相同。例如,插电式混合动力汽车在城市中行驶时,电池容量应至少保证以纯电方式行驶一段距离。而作为纯电动汽车,当一次充满电后,通常要保证电动汽车能行驶200 km以上的路程。对于不同用途的锂离子电池,其对应的测试系统的要求也是不同的。各项电工学指标,比如电压、电流与功率在电池的不同测试环境中经常被用到。不仅如此,一些特殊用途的锂离子电池解决方案,如载货汽车和有轨电车的驱动电池系统的测试则往往需要更为复杂的试验验证过程。

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锂离子电池测试台不仅要有不同的检验测试功能而且也要有足够的安全保护功能

安全的锂离子电池测试间

随着电动汽车的产量逐步攀升,锂离子电池技术也迅速向多样化方向发展。锂离子电池能量密度的提高,以及电池损毁时有可能释放有害气体,锂离子电池安全保护性能也日益受到行业的重视。尤其是试验测试舱的过压阀和排气系统,必须保证能把有害气体彻底排净。此外,灭火和消防设备也是必不可少的,因为废气有时不仅有毒,而且还易燃。在对危险因素与测试环境进行充分评级与研究之后,AVL公司开发出一整套用于锂离子电池测试的试验室整体解决方案。这一方案集成了从各种数据的采集,如多项电工学指标,到试验室环境数据采集,如试验室气体与烟雾,直至各种可能的灭火设备以及防爆方案。不过,诸多方案的匹配还要看用于评价试验任务的危险等级划分表。

根据危险的性质以及后果的严重性,这个量表的等级从0级一直到7级。下面我们重点看一下几个有代表性的级别:0级代表没有危险;3级和4级代表有气体泄漏;5级代表有火焰产生,最后7级代表爆炸。根据这些评级结果,在试验之前便采用相对应的保护措施,将潜在危险降到最低点。这种危险管理方式还将火灾分为防火层面和消防层面两大类预案。需要注意的是,有爆炸危险的情况被单独列出,以便采取特殊处理。比如,气体压力管控、防爆措施、管控气体混合带来的爆炸风险与密闭空间内充放惰性气体等措施。

单就消防系统来说,这套检测试验舱当前使用的是水雾灭火系统和自动喷水灭火系统。系统喷出的水雾或是水具有为燃烧的锂离子电池降温的作用。不仅如此,AVL公司目前还在试验其他的灭火介质,如沙子等。


锂离子电池测试系统的组成部分

验证锂离子电池组整体性能的检测系统通常包括下列组成部分:①锂离子电池试验台;

②实现自动化控制、调节和数据输出的自动化系统;③调节模拟温度和空气湿度的舱内空气调节系统;④防火和灭火的安全保护系统以及检测系统,如热成像摄像机等。

一套现代化的锂离子电池检测系统是保证锂离子电池研发与快速投入生产的物质保证。据此,我们得出结论,不仅要有专业的锂离子电池检测人员和检测设备,而且也要在功能可靠的安全保护系统中开展工作。

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满足所有的用户特殊要求

AVL公司根据用户要求开发设计各种安全保护装置及成套试验室装备。他们研发生产的设备既可以在现有的建筑中安装使用,也可以按需在新设计的建筑中配备。这种大型试验室设备具有使用灵活、不受建筑物影响的优点,因此可以方便地在用户需要的地点安装、调试与使用。   


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