全尺寸ARC超大型电池绝热量热仪:大容量、高防护、高精度

  • 发布时间:2023-04-24
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电池绝热量热仪应用

电池绝热量热仪(Battery Accelerating Calorimeter)是用于评价锂离子电池热稳定性和热失控过程热动力学参数的重要仪器。通过电池绝热量热仪可以有效获取锂电池的自放热起始温度(Tonset)、热失控起始温度(TTR)、热失控最高温度(Tmax)、泄压温度(Tv)、最大升温速率((dT/dt)max)和热失控孕育时间(∆t)等参数,以作为电池热管理系统的设计输入,帮助研究人员确定锂电池安全边界及失控危害,实现对热失控的预防与早期预警。

现有仪器局限性

为了实现降低电池系统综合成本、提升电动汽车续航里程等目的,锂电池行业内电芯朝着大尺寸、大容量和高比能量的趋势发展。大电芯更容易获得高体积能量密度,有利于减少电芯外壳以及外部安装结构,提高空间利用率和成组效率。例如,以比亚迪刀片电池为代表的大型电芯长边尺寸超过1米;同时各大厂商陆续推出更高容量的电芯,如海基新能源推出375Ah的产品,亿纬锂能推出560Ah的LF560K电池;另一方面,动力电池能量密度即将跨越300Wh/kg。4月19日,宁德时代发布凝聚态电池,单体能量密度最高可达500Wh/kg。针对上述情况,目前国内外商品化的电池绝热量热仪已无法覆盖相关测试需求,存在腔体体积小、耐压/保压能力不足等局限性,导致在锂电池热安全分析测试中存在以下问题:

(1) 不适配大尺寸电芯几何尺寸:目前标准产品的腔内尺寸不超过500mm*500mm, 无法布置长度600mm以上的电芯;

(2) 不支持大容量/高镍电芯测试:基于当前仪器的耐压和抗爆性,200Ah的NCM811或400Ah的磷酸铁锂电芯已基本达到仪器的测试极限;

(3) 不兼容电池产气过程同步分析:目前的仪器在电池热失控过程中存在开盖泄压或漏气的情况,需搭配密封测试罐组成 “腔中腔”结构进行电芯产气过程分析。但“腔中腔”的方式能承受的电芯容量非常有限,同时使得测试系统的热惰性因子增大,显著影响电芯热失控特征温度判定和测量。

创新仪器及优势

仰仪科技长期致力于锂电池热安全检测仪器和解决方案开发,公司研制的BAC-420A大型电池绝热量热仪打破国外垄断,已成功进行了包括190Ah  NCM811、230Ah NCM622、320Ah LPF和600mm短刀在内的数百款电芯的绝热热失控和热物性参数测试,积累了大量的仪器开发和应用经验。针对现有电池绝热仪器的应用限制,仰仪科技创新研发BAC系列全尺寸大型电池绝热量热仪,腔体直径覆盖420mm-1000mm的范围,能够测试长边尺寸不超过1500mm的电芯;同时,大容量腔体的抗爆性和产气测试能力显著提升,能够承受大型电芯的热失控温压冲击。另外,考虑用户差异化的使用习惯和测试需求,系列化产品兼顾了腔体开盖泄压和腔体密闭-定向泄压两种技术路线以供选择。除常规热滥用测试以外,BAC系列产品具备气体收集和压力测量、针刺模块、视频监控、充放电测试、比热容测试、气氛模拟和低温制冷等功能,可以对电池热安全性进行全面评估。系列化仪器的核心参数如下图所示:

图1  (a)BAC系列大型电池绝热量热仪及(b)核心技术参数
BAC-420A、BAC-420B和BAC-800A均为泄压型电池绝热量热仪,保留经典ARC使用习惯。仪器结构总体分为绝热腔体、抗爆箱与电控系统三部分。泄压型系列具备优异的多重安全防护能力,利用弹簧锁设计,当内部压力过高时炉盖可弹起进行快速泄压,同时腔体内部安装爆破片进行防护;抗爆箱使用机械安全联锁装置,钢板厚度 3.5mm,并安装大流量排风系统确保实验安全。
BAC-800B和BAC-1000A均为密闭型电池绝热量热仪。密闭型炉腔完全按照GB/150压力容器设计规范进行开发,可持续承压2MPa,同时具有优异的密封性,创造性地将定容燃烧弹和ARC功能合二为一,无需配置密封罐即可同步完成大尺寸、大容量电芯热失控特征温度及产气测试。另外,通过腔体可调式泄压设计,上述产品解决了国外某厂商绝热仪器存在的腔体和电池表面温差大,绝热性能不佳的问题。

附:BAC系列产品风采全览

BAC-1000A 是研究长边1500mm 以下大型电池单体及其小型模组等热失控、热蔓延机制的密闭型绝热加速量热仪。炉腔直径1000mm,深1200mm;仪器具备《特种设备制造监督检验证书(压力容器)》,安全承压2MPa;充分满足大尺寸电池热失控检测需求。(点击图片了解详细参数)