讓燃料電池測試更智能
中國在能源轉型進程中，鋰電池產業(yè)正在經歷高速增長。隨著鋰電池相關技術的進步，人們關注的焦點已經從電池的續(xù)航能力轉向了安全性能。深入研究探索鋰電池原位產氣量以及內部氣壓問題，對于推動鋰電池儲能技術的發(fā)展具有重大意義。
1、鋰電池內部氣壓測試重要性
傳統(tǒng)的溫度、電壓等安全性監(jiān)測指標難以實現(xiàn)早期預警，而交流阻抗等創(chuàng)新性方法由于成本和準確度問題尚未能實現(xiàn)商業(yè)化應用。研究發(fā)現(xiàn)，氣體相對于溫度、電壓、爬電距離等參數(shù)具有更短的響應時間。因此，利用產氣現(xiàn)象進行動力電池熱安全事件的早期監(jiān)測具有重要的研究價值和現(xiàn)實意義[1]。這種監(jiān)測方法能夠及時發(fā)現(xiàn)電池熱安全事件，有助于預防潛在的安全隱患，保障電池系統(tǒng)的正常運行。
在業(yè)內，電池內部氣壓通常被視為熱安全事件的重要判定依據(jù)。在正常的充放電過程中，電池內部氣壓和外殼溫度會呈現(xiàn)小幅規(guī)律性波動。而在過充、過放、外部短路等異常狀態(tài)下，內部氣壓數(shù)值會急劇上升。通過實時監(jiān)測鋰電池內部氣壓，我們可以較早地識別電池的安全風險，避免熱失控及燃燒爆炸等嚴重后果。尤其是在舊電池回收利用領域，這種監(jiān)測方法具有巨大的應用價值。
2、鋰電池內部氣壓測量痛點
針對鋰電池內部氣壓的測量方式，目前普遍采用的是“間接法”測量。首先，其存在氣密性不佳的問題，待測電池與測量儀器之間需要多個管路連接，導致實驗操作過程較為繁瑣，增加了數(shù)據(jù)誤差，降低了結果重現(xiàn)性。其次，“間接法”測量在應用中的適用性受限，無法同時進行軟包電池、方形電池、圓柱電池等多種類型電池的測試。
除了測量方法的選擇，我們還應該關注鋰電池內部氣壓監(jiān)測的標準化和規(guī)范化。通過標準化的氣體接口、測量規(guī)范，可以確保測試數(shù)據(jù)一致性和可比性。通過推廣“直接法”測量方法的應用、制定統(tǒng)一的測量標準和規(guī)范以及重視測試操作過程中的安全性問題，我們可以進一步提高鋰電池內部氣壓監(jiān)測的準確性和可靠性，為鋰電池的安全監(jiān)測和回收利用提供更有效的支持。
3、DC IPT測試技術亮點
2023年，武漢電弛新能源有限公司研發(fā)團隊經過技術攻關，成功推出了DC IPT原位氣體內壓測定儀，為鋰電池測試提供了全新的解決方案。該產品方案得到了行業(yè)內先進企業(yè)的認可，其具有以下優(yōu)點：
（1）直接穿刺，精準測量
大道至簡，摒棄“間接法”測量方式，采用類似于外科穿刺方式，直接對鋰電池內部氣體及壓力進行取樣和測量。通過鋰電池穿刺取樣這種直接測量方法，可以快速獲取真實、準確的數(shù)據(jù)，從而極大地提升檢測質量效率。
這種直接測量方法的實現(xiàn)原理是，利用專門設計的密封穿刺裝置在電池表面制造一個局部密封的小孔，然后將電池內部氣體導出到測量探頭，直接測量電池內部的壓力或進行進一步的氣體成分分析。這種測量方式不僅可以避免系統(tǒng)漏氣而產生的誤差，還可以實現(xiàn)對不同類型鋰電池（如軟包電池、方形電池、圓柱電池等）的快速取樣。
（2）氣體采樣，兼容并包
“間接法”測量的另一大弊端在于其兼容性。由于這種方法只能針對特定類型的鋰電池進行測量，這無疑增加了測試成本和時間。
為了解決這一問題，我們開發(fā)了一種全新的鋰電池氣體采樣接口，該接口具有廣泛的兼容性，可以同時測量不同類型的鋰電池，包括軟包電池、方形電池和圓柱電池等。這一創(chuàng)新性接口的設計與開發(fā)基于我們對電池內部氣壓監(jiān)測的深入理解和多年的專業(yè)經驗。通過這種新型氣體采樣接口，我們可以快速、準確地獲取各種類型鋰電池的氣體內壓數(shù)據(jù)，從而更好地評估其安全性能。這種兼容并包的測量方式不僅提高了測試效率，也降低了測試成本和風險。
（3）兼容性強：
DC IPT創(chuàng)新性地引入了“鋰電池氣體采樣接口（GSP）”這一技術，類似于廣泛使用的Type-C接口，實現(xiàn)了不同品牌和類型電池測試的兼容性和互換性。DC IPT鋰電池氣體采樣接口（GSP）打破了傳統(tǒng)測量方法的局限性和弊端，可同時進行軟包電池、方形電池、圓柱電池的測試，無需因不同類型的電池更換不同的測量設備或方法。
高效便捷：用戶無需在不同的測量設備之間切換或等待適配，提高了測試效率，降低了時間和人力成本。
數(shù)據(jù)準確：采用先進的測量技術和算法分析，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。
高重復性：由于采用了標準化的接口設計和測量流程，保證了測量結果的可重復性和一致性，有利于結果的比較和分析。
（4）網絡接口，云端數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)也是生產力，高效率的信息傳遞可以提升企業(yè)測試效率，對每塊電池的質量狀態(tài)做出快速預判。為了滿足這一需求，DC IPT預設網絡接口，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)聯(lián)云上網，以及與其他測試設備或系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互和共享。這使得企業(yè)可以構建一個完整的電池測試和管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對電池測試數(shù)據(jù)的全面管理和分析。用戶可以跨平臺（PC 、手機、Pad等）訪問每塊電池的氣體內壓測試數(shù)據(jù)，掌握質量情況。
（5）多通道定制，高通量測試
在電池測試中，通道數(shù)量是衡量設備測試能力的重要指標之一。單臺設備的通道數(shù)量越高，可承載的測試容量就越大，高通道帶來的經濟優(yōu)勢，不言而喻。DC IPT標準款為8通道設計，可以大大提高測試效率，降低測試時間和成本。也可以根據(jù)客戶需求，定制設計更多通道提高測試通量，使得設備可以適應多種測試場景和需求，具有更強的靈活性和可擴展性。無論是大型企業(yè)還是研究機構，都可以根據(jù)自身的測試需求和規(guī)模，選擇適合的通道數(shù)量和配置。
此外，DC IPT的多通道設計還具有優(yōu)秀的穩(wěn)定性和可靠性。每個通道都采用了獨立的測量電路，確保了測試的準確性和一致性。
4、結語
鋰電池企業(yè)內部的運營和發(fā)展受到多種因素的影響，其中電池材料、制造工藝、電池結構是重要影響因素之一。為了確保鋰電池的質量和安全性，企業(yè)需要采取一系列措施來監(jiān)測和控制這些因素。
從現(xiàn)實角度而言，鋰電池內部氣壓測試設備是評估電池性能和質量的重要工具。通過早期使用這種設備，企業(yè)可以快速篩選出合格的電池產品，淘汰不良品，從而降低出廠后的熱失控安全風險。
這種測試設備的預警意義非常凸顯，因為它能夠在早期發(fā)現(xiàn)潛在的問題和缺陷，為企業(yè)提供了寶貴的時間來采取糾正措施，避免潛在的安全風險。此外，這種測試設備還可以幫助企業(yè)提高生產效率和產品質量，降低生產成本，從而為企業(yè)帶來重要的經濟價值。
與此同時，由于鋰電池廣泛應用于各種領域，如電動汽車、儲能系統(tǒng)等，其安全性和可靠性對于社會和環(huán)境的影響至關重要。通過使用鋰電池內部氣壓測試設備，企業(yè)可以確保電池產品的安全性和可靠性，減少潛在的安全事故和環(huán)境風險，為社會和環(huán)境也帶來了積極的影響和效益。
引用資料：
1、《基于產氣分析的動力電池安全監(jiān)測方法綜述》, 郝維健,李琛,陸春,胡建,鄭天雷,馬天翼
中國汽車技術研究中心有限公司，中汽研新能源汽車檢驗中心(天津)有限公司
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