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全尺寸ARC超大型電池絕熱量熱儀:大容量、高防護、高精度

  • 發布時間:2023-04-24
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電池絕熱量熱儀應用

電池絕熱量熱儀(Battery Accelerating Calorimeter)是用于評價鋰離子電池熱穩定性和熱失控過程熱動力學參數的重要儀器。通過電池絕熱量熱儀可以有效獲取鋰電池的自放熱起始溫度(Tonset)、熱失控起始溫度(TTR)、熱失控最高溫度(Tmax)、泄壓溫度(Tv)、最大升溫速率((dT/dt)max)和(he)熱(re)失控(kong)孕育時(shi)間(?t)等參(can)數(shu),以(yi)作為電池(chi)熱(re)管(guan)理系統(tong)的設計輸入,幫助研究人員確定鋰(li)電池(chi)安全邊(bian)界及失控(kong)危害,實現對熱(re)失控(kong)的預(yu)防與早期(qi)預(yu)警。

現有儀器局限性

為了實(shi)現降低(di)電(dian)(dian)池(chi)(chi)系統綜合成本(ben)、提(ti)升電(dian)(dian)動汽車續航里程等目的(de),鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)行(xing)業內電(dian)(dian)芯(xin)朝(chao)著(zhu)大(da)(da)尺寸、大(da)(da)容量和高(gao)比能量的(de)趨(qu)勢發展。大(da)(da)電(dian)(dian)芯(xin)更容易獲得高(gao)體(ti)積能量密度(du),有利(li)于減少電(dian)(dian)芯(xin)外殼以及(ji)外部安裝結構,提(ti)高(gao)空間利(li)用率和成組(zu)效(xiao)率。例(li)如(ru),以比亞迪刀片電(dian)(dian)池(chi)(chi)為代表的(de)大(da)(da)型(xing)電(dian)(dian)芯(xin)長(chang)邊(bian)尺寸超過1米;同時(shi)各大(da)(da)廠商陸續推出(chu)(chu)更高(gao)容量的(de)電(dian)(dian)芯(xin),如(ru)海基新能源推出(chu)(chu)375Ah的(de)產品(pin),億緯鋰(li)能推出(chu)(chu)560Ah的(de)LF560K電(dian)(dian)池(chi)(chi);另一方面,動力電(dian)(dian)池(chi)(chi)能量密度(du)即將跨越300Wh/kg。4月19日,寧(ning)德時(shi)代發布凝聚態電(dian)(dian)池(chi)(chi),單體(ti)能量密度(du)最高(gao)可(ke)達500Wh/kg。針對上述情(qing)況,目前國(guo)內外商品(pin)化的(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)絕熱量熱儀已(yi)無法覆蓋相關(guan)測試需求,存(cun)在(zai)腔體(ti)體(ti)積小、耐壓/保(bao)壓能力不足等局限(xian)性,導致在(zai)鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)熱安全分析測試中存(cun)在(zai)以下(xia)問題:

(1) 不適配大尺(chi)寸電(dian)芯幾何尺(chi)寸:目前標準產品(pin)的(de)腔內尺寸不超過500mm*500mm, 無(wu)法布置長度(du)600mm以上的(de)電芯;

(2) 不支持大容量/高鎳電芯測試:基于當前(qian)儀器的(de)耐壓和抗爆性,200Ah的(de)NCM811或400Ah的(de)磷酸鐵鋰(li)電芯已基本達到儀器的(de)測試極限(xian);

(3) 不兼容電池產氣(qi)過程同步分析:目(mu)前的(de)(de)儀(yi)器(qi)在電(dian)(dian)池熱(re)失控(kong)(kong)過程中(zhong)存在開蓋(gai)泄壓或漏氣的(de)(de)情況,需搭配(pei)密封測試罐組成 “腔中(zhong)腔”結構進(jin)行(xing)電(dian)(dian)芯產氣過程分析。但“腔中(zhong)腔”的(de)(de)方式能承受的(de)(de)電(dian)(dian)芯容量非常(chang)有限,同時使得測試系統的(de)(de)熱(re)惰性因子增大,顯著影響電(dian)(dian)芯熱(re)失控(kong)(kong)特征(zheng)溫度判(pan)定(ding)和(he)測量。

創新儀器及優勢

仰儀科技長期致力于鋰電池熱安全檢測儀器和解決方案開發,公司研制的BAC-420A大型電池絕熱量熱儀打破國外壟斷,已成功進行了包括190Ah  NCM811、230Ah NCM622、320Ah LPF和(he)600mm短刀在內的數百款電芯的絕熱(re)熱(re)失控和(he)熱(re)物(wu)性參數測試(shi),積累了大量(liang)(liang)的(de)儀(yi)(yi)器開(kai)發(fa)和(he)應用(yong)經驗。針(zhen)對現有電(dian)池絕熱(re)儀(yi)(yi)器的(de)應用(yong)限制,仰儀(yi)(yi)科(ke)技(ji)創新(xin)研發(fa)BAC系列(lie)全尺寸(cun)大型電(dian)池絕熱(re)量(liang)(liang)熱(re)儀(yi)(yi),腔(qiang)(qiang)體(ti)直徑(jing)覆蓋420mm-1000mm的(de)范圍,能(neng)夠測試(shi)長邊(bian)尺寸(cun)不(bu)超過1500mm的(de)電(dian)芯;同時,大容(rong)量(liang)(liang)腔(qiang)(qiang)體(ti)的(de)抗爆性和(he)產(chan)氣測試(shi)能(neng)力(li)顯著提升(sheng),能(neng)夠承受大型電(dian)芯的(de)熱(re)失控(kong)溫(wen)壓沖擊。另外,考慮(lv)用(yong)戶差異化(hua)(hua)的(de)使(shi)用(yong)習慣和(he)測試(shi)需求,系列(lie)化(hua)(hua)產(chan)品(pin)兼顧了腔(qiang)(qiang)體(ti)開(kai)蓋泄壓和(he)腔(qiang)(qiang)體(ti)密閉(bi)-定向(xiang)泄壓兩種技(ji)術路線(xian)以供選擇(ze)。除常規(gui)熱(re)濫用(yong)測試(shi)以外,BAC系列(lie)產(chan)品(pin)具(ju)備(bei)氣體(ti)收集和(he)壓力(li)測量(liang)(liang)、針(zhen)刺模塊、視頻監控(kong)、充放(fang)電(dian)測試(shi)、比熱(re)容(rong)測試(shi)、氣氛模擬和(he)低溫(wen)制冷等功能(neng),可以對電(dian)池熱(re)安全性進行全面評估。系列(lie)化(hua)(hua)儀(yi)(yi)器的(de)核心參數如下圖(tu)所示:

圖1  (a)BAC系列大型電池絕熱量熱儀及(b)核心技術參數
BAC-420A、BAC-420B和BAC-800A均為泄壓型電池絕熱量熱儀,保留經典ARC使用習慣。儀器結構總體分為絕熱腔體、抗爆箱與電控系統三部分。泄壓型系列具備優異的多重安全防護能力,利用彈簧鎖設計,當內部壓力過高時爐蓋可彈起進行快速泄壓,同時腔體內部安裝爆破片進行防護;抗爆箱使用機械安全聯鎖裝置,鋼板厚度 3.5mm,并安裝大流量排風系統確保實驗安全。
BAC-800B和BAC-1000A均為密閉型電池絕熱量熱儀。密閉型爐腔完全按照GB/150壓力容器設計規范進行開發,可持續承壓2MPa,同時具有優異的密封性,創(chuang)造性地將定容(rong)燃燒(shao)彈和ARC功能(neng)合二為(wei)一,無需配置密封罐即可同步完成大尺寸、大容量電芯熱失控特征溫度及產氣測試。另外,通過腔體可調式泄壓設計,上述產品解決了國外某廠商絕熱儀器存在的腔體和電池表面溫差大,絕熱性能不佳的問題。

附:BAC系列產品風采全覽

BAC-1000A 是研(yan)究長(chang)邊1500mm 以(yi)下(xia)大型(xing)(xing)電池單體及其小型(xing)(xing)模組等熱(re)失控(kong)(kong)、熱(re)蔓延機制(zhi)的密(mi)閉型(xing)(xing)絕熱(re)加速量熱(re)儀。爐腔直徑1000mm,深1200mm;儀器具備《特種設備制(zhi)造監督檢(jian)驗證(zheng)書(壓力容器)》,安(an)全承壓2MPa;充分滿足大尺(chi)寸(cun)電池熱(re)失控(kong)(kong)檢(jian)測(ce)需求。(點擊圖(tu)片了解詳細參數)