一种锂原电池组的安全性试验分析_陈亚辉.pdf

16 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月Electronics 电子学体电压2.8V，一组所有单体电池按照0.5A恒流放电到单体电压2V。无并接二极管，然后将三组单体电池按照产品状态完成装配。三组电池组分别是未放电状态、半放电状态和完全放电状态。将电流表、可变电阻串联在充电回路中，同时将电压表并联在电路中，用18V直流电源对样品充电，以9A的恒流进行充电，充电时间7h。三种状态的锂原电池组进行非正常充电试验，电池组设计的防反充的二极管有效工作，电池组均未爆炸、未着火。表1为非正常充电试验记录表。2.2 外部短路选取未放电状态和半放电状态各2组，试验分别在20和60环境下进行。将样品在20下放置2h，待温度稳定以后，用阻值0.05的导线进行短接直至壳体温度恢复到环境温度10以内，然后至少再继续短接1h。记录上述过程的温度变化，6h之后再进行观察。在60情况下，用另一组试样重复此次操作。两种状态的锂原电池组进行了外部短路试验，电池组设计的PTC保护电路有效工作，电池组未爆炸、未着火。表2为外部短路试验记录表。0 引言锂原电池组具有电压高、比能量高、工作温度范围宽广、平稳的放电性能、贮存寿命长等特点。其应用范围越来越广，其中包括数码产品、家用电器、航空航天和武器装备等1。1 研究背景锂原电池组的化学特性高，同时锂熔点较低，在机械和电滥用情况下，电池组内部产生剧烈的化学反应，可能产生大量的气体，当电池组内部压力过大时容易引起爆炸和着火等问题2。锂原电池组在研制中结合相关的安全性标准，在非正常工况下的试验研究越来越重要。本文对某型锂原电池组编制了安全性试验大纲，开展了非正常充电、外部短路、跌落、强制放电、针刺、温度冲击、热冲击、强制泄放等安全性试验3,4，为该型锂原电池组的应用奠定了基础。2 安全性试验 2.1 非正常充电准备三组试样，其中一组所有单体电池没有进行放电，一组所有单体电池按照0.5A恒流放电到单作者简介：陈亚辉，中国船舶集团第七一五研究所，工程师，硕士；研究方向：水声装备。收稿日期：2023-01-04；修回日期：2023-05-12。摘要：阐述锂原电池组的安全性设计验证，安全性试验，探讨非正常工况下的试验方法。试验结果表明，该锂原电池组的安全性设计有效、可靠，安全性满足设计要求。关键词：锂原电池组，非正常工况，安全性试验。中图分类号：TN86，TM912文章编号：1000-0755(2023)05-0016-03文献引用格式：陈亚辉.一种锂原电池组的安全性试验分析J.电子技术,2023,52(05):16-18.一种锂原电池组的安全性试验分析陈亚辉（中国船舶集团第七一五研究所，浙江 310023）Abstract This paper describes the safety design verification and safety test of lithium original battery pack,and discusses the test methods under abnormal conditions.The test results show that the safety design of the lithium original battery pack is effective and reliable,and the safety meets the design requirements.Index Terms lithium original battery pack,abnormal working condition,safety test.Analysis on Safety Test of Lithium Original Battery Pack CHEN Yahui(715 Research Institute of CSSC,Zhejiang 310023,China.)表1 非正常充电试验记录表电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月 17Electronics 电子学 2.3 跌落选取一个未放电状态锂电池作为样品。在25的环境温度下将电池组从120cm的高度，自由跌落到混凝土地面。试样在3个相互垂直的轴上各跌落一次。试验后，观察1h后检查试样。锂原电池组未爆炸、未着火、未泄气。2.4 强制放电准备两组试样，其中一组所有单体电池无并接二极管，一组单体电池并联有二极管。首先将1只单体电池容量放尽（2A放电至2V，0.5A恒流放电至0.2V）。后与其他5只单体串联组合，无电单体位于中间位置。按产品状态完成产品装配。将测温枪K式探头贴在电池组表面靠近无电单体位置，盖上盖板。室温条件下，2.5A恒流放电至1.2V，观察电池组温度变化情况。从图1中可以看出，两组试样均完成了试验，电池组未出现漏液，泄放、爆炸、起火等意外情况。10V为电池组工作的截止电压，无防过放二极管电池组试样，图1（a），无电单体电池一直处于过放状态，温度持续升高。工作电压达到10V时，温度达到了90，最终达到94.3，电池内部热量累积，隔膜封闭导致电压骤然下降。而并接有二极管的试样，大部分时间温度维持在55左右，10V时只有60左右，电池组工作电压低于10V后，其余单体电池容量逐渐耗尽，接近过放状态，温度逐渐升高至80.5。图1（b）有二极管。2.5 针刺将未放电状态锂原电池组固定在针刺设备上，用导电性良好的钢针沿着与中央极片垂直的方向，以25mm/s的速度刺入试样，钢针贯穿试样。待试样冷却至室温，针刺后样品见图2。待试样冷却至室温，锂原电池组未爆炸、未着火。2.6 温度冲击将未放电状态锂原电池组放入高低温箱内，调节试验箱温度，使温度在30min内从20升温到75，并保持4h，然后再30min内降温到20保持2h，在30min内降温到-40保持4h，最后在30min内升温到20，重复10个循环，然后取出试样，在环境温度下观察至少2h。锂原电池组未爆炸、未着火、未泄气、未漏液。2.7 热冲击将未放电状态锂原电池组放入高低温箱内，温箱按5/min速率升温到130，试样在温箱中保持10min，然后将温箱按5/min速率降温到环境温度10以内，并观察试样情况。锂原电池组未爆炸、未着火、未泄气、未漏液。2.8 强制泄放试验模拟锂原电池组内一个单体电池泄放后锂原电池组的安全性。用恒电位仪对电阻丝进行加表2 外部短路试验记录表（a）（b）图1 锂原电池组温度和电压曲线图2 锂原电池组针刺试验后外观图18 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月Electronics 电子学热，调节电流大小，使电阻丝平稳对电池加热。分别用温度传感器和万用表实时监测温度监测点的温度变化以及锂原电池组电压变化。当监测点的温度值在显示150时，温度上升速度加快，判断单体电池内部短路，155时，观察到有电解液泄放出来，停止加热。待温度冷却后，拆解锂原电池组，观察电池泄放情况。如图3所示，从锂原电池组外观看，电池组没有爆裂，拆开端盖，测量各单体电池，只有一个单体泄放。锂原电池组未爆炸、未着火、有轻微泄气和轻微漏液。2.9 电池组壳体泄压试验电池组设计时，未采用完全密封结构，在电池与导线出现孔，盖板与壳体接触之间均未完全密封，可满足电池壳体泄放要求。具体试验验证：如图4所示，选择电池组，将底部开一小圆孔后插入软管，用密封胶将软管周围密封，固化后，通过软管通入氩气，将气压加到0.02MPa（20kPa）后停止加压，压力立即下降至0，满足电池壳体泄压要求。3 结语本文通过对某型锂原电池组的安全性试验研究，通过对锂电池的安全性进行分析，结合该产品的实际应用环境，明确了一系列的试验方法，编写相关的试验大纲，按照大纲内容对该产品进行试验验证，相关试验结果表明：该型锂原电池组的安全性设计有效、可靠，安全性满足设计要求。参考文献1 托马斯 B.雷迪,汪继强.电池手册M.北京：化学工业出版社，2017.2 彭茂林,高孔军,孙吉宏,夏雨.某型锂电池安全性试验研究J.电源技术,2020,44(01):30-32.3 GJB 2374A-2013，锂电池组安全性要求S.2013.4 陈明毅.常压和低压下锂原电池、锂离子电池火灾行为研究D.安徽：中国科学技术大学,2017.图4 电池组壳体泄压试验验证图3 锂原电池组拆解图