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锂离子电池在运输、装配、使用及异常受力过程中,可能受到外部机械挤压。电池挤压试验通过规定的压板或加载工装,对电池、电芯或电池组施加受控机械载荷,用于评价样品在受到外部挤压后是否出现起火、爆炸、泄漏、结构破坏或其他安全异常。
不同电池类型、应用场景和产品标准对挤压力、压板结构、加载速度、停止条件及观察时间的要求并不完全相同,因此正式试验不能简单采用一组固定参数,而应根据被测产品当前适用标准进行设置。
电池在实际使用过程中可能受到安装挤压、机械碰撞、运输受压或设备结构变形等外力作用。
当锂离子电池受到较大机械压力时,内部极片、隔膜和电极结构可能发生变形,严重时可能造成内部短路和热失控。
电池挤压试验就是在实验室可控条件下模拟这种机械受力过程,通过规定加载方式评价电池结构和安全性能。
电池挤压试验主要关注样品受到规定机械载荷后的安全状态。
测试过程中通常需要根据项目要求监测挤压力、位移、电压、温度和试验时间。
完成挤压后,应按照对应标准检查样品是否出现起火、爆炸、泄漏、破裂、明显变形、电压异常或其他影响安全性能的情况。
电池挤压试验可用于锂离子电芯、小型电池、电池组、电池模块及其他规定需要进行机械挤压安全测试的电池产品。
不同样品在尺寸、结构和储能量方面差异较大,因此实际使用的设备也不同。
单体电芯和小型电池通常使用中小型电池挤压试验机;大型动力电池包或电池系统则需要更大试验空间、更高加载能力和更完善安全防护的大型挤压设备。
便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全测试,可结合GB 31241-2022及被测产品实际适用要求确认挤压测试项目。
对于国际便携式锂电池项目,还应根据产品应用范围确认IEC 62133-2等相关安全标准是否适用。
新能源汽车动力蓄电池项目则应根据动力电池当前适用标准确认机械挤压测试条件,不能把消费类电池、电芯和完整动力电池包的挤压参数直接混用。
正式检测时,应以产品实际适用标准的现行版本和具体测试对象为准。
试验前首先确认被测样品类型、尺寸、荷电状态、挤压方向以及执行标准。
将样品放置在挤压试验机规定位置,并根据产品结构调整压板、夹具和加载方向。
连接需要使用的电压、温度及其他监测线路,并检查防爆门、观察窗、排烟和安全联锁系统是否正常。
启动设备后,挤压机构按照设定速度向样品施加机械载荷。
测试过程中实时监测挤压力、位移、电压、温度和时间等参数,并根据标准规定的停止条件结束加载。
达到停止条件后,根据试验要求保持当前状态或解除加载,并按照规定时间继续观察样品。
最后根据相应标准判定电池是否满足安全要求。
没有一组挤压力可以适用于所有锂电池产品。
不同产品标准可能根据电池结构、尺寸和应用场景规定不同的最大挤压力或截止条件。
部分电池项目会规定固定最大力值,部分项目则可能同时设置电压下降、样品变形量或最大挤压力等多个停止条件。
因此采购设备时需要关注的是设备最大加载能力是否覆盖目标标准要求,而不是简单认为挤压力越大越好。
LSK-JY电池挤压试验机原设备最大挤压力大于15kN,可用于设备能力和适用标准范围内的锂离子电池及电芯机械挤压试验。
挤压试验属于标准化测试,而不是单纯的破坏性压碎试验。
如果实际标准要求在达到某一力值、某一变形量或某一电压变化状态时停止,而设备继续加载,就会改变规定的测试条件。
这样得到的结果不能与标准要求直接比较。
因此设备除了需要具备足够的最大挤压力,还应能够稳定控制加载速度,并按照设定力值、位移或其他条件及时停止。
挤压工具应根据电池结构和具体标准要求确定。
部分项目采用两个平面压板对样品进行挤压,也有项目使用圆柱形、半圆柱形或其他规定形状的挤压工装。
不同压板结构会直接改变样品的受力面积和局部应力,因此不能为了方便随意更换挤压头。
进行正式测试前,应确认压板形状、尺寸、方向和样品接触位置符合对应试验方法。
锂离子电池内部极片具有明确排列方向,不同方向受到挤压时,内部结构变形方式可能完全不同。
圆柱电池、方形电池、软包装电池和电池模块的结构也存在明显差异。
因此标准通常会规定挤压方向或样品放置方式。
正式测试时不能仅以“最方便夹持”的方向进行挤压,而应按照对应标准规定或产品实际最不利受力方向进行安装。
加载速度会直接影响样品受力过程。
如果速度过快,可能产生额外冲击作用;如果速度过慢,则可能与标准要求的机械加载过程不一致。
因此电池挤压试验机应具备稳定的低速加载和速度调节能力。
不同标准对挤压速度要求可能不同,应根据实际测试项目设定,不能把不同标准中的速度参数互相套用。
这是电池挤压测试里非常关键的一项。
不同产品标准可能规定一种或多种停止条件,例如:
挤压力达到规定值;样品达到规定变形量;电池电压下降到规定状态;或者达到标准规定的其他截止条件。
某些试验还要求达到停止条件后保持当前位置一定时间。
因此设备控制系统需要能够实时监测力值、位移及相关状态,并在满足设定条件时及时停止加载。
力值表示当前挤压机构对样品施加的机械载荷。
位移则反映压板运动距离和样品受到挤压后的变形过程。
只看力值可能无法完整判断样品的结构变化,只看位移也无法知道样品实际承受了多大的机械压力。
将力值和位移同步记录,可以更清楚地分析电池从开始受力到达到停止条件之间的机械响应。
电池受到挤压后,即使外观变化不明显,内部也可能已经发生隔膜破坏、极片接触或内部短路。
电压变化可以反映电池电气状态变化,温度变化则可以辅助判断是否出现明显发热或热失控趋势。
因此专业电池挤压试验设备通常不仅记录机械参数,也会根据项目要求采集电压和温度。
挤压试验主要模拟电池受到外部机械压力后产生的结构变形。
针刺试验则通过规定针具刺入电池,使内部结构受到局部机械破坏。
两种测试都属于电池机械安全试验,但作用方式和测试目的不同,不能相互替代。
如果实验室只需要进行挤压测试,可选择独立电池挤压试验机;如果挤压和针刺项目都需要长期开展,则可以根据样品尺寸和设备能力选择挤压针刺一体设备。
普通电池挤压试验主要面向电芯、小型电池和电池组。
完整动力电池包体积和重量更大,同时具有较高总储能量,因此对设备结构、最大加载力、试验空间和安全隔离提出更高要求。
大型动力电池包挤压设备通常还需要配置远程控制、防爆隔离、排烟系统、视频监控和更高等级的安全联锁。
因此不能用普通电芯级挤压试验机直接代替大型动力电池包挤压试验系统。
锂离子电池受到严重机械挤压后可能发生内部短路、快速升温、冒烟甚至起火。
因此测试区域需要与操作人员进行一定程度的安全隔离。
设备通常配置防爆观察窗、排烟接口或排风系统,使操作人员能够在相对安全的位置观察样品状态,并在发生异常时及时排出烟气。
高能量样品还应结合实验室整体消防和应急处置方案进行测试。
选型时首先应确认最大样品尺寸和最大挤压力。
其次需要确认有效挤压行程、加载速度、压板规格、力值测量精度、位移测量、电压温度采集及控制方式。
如果测试样品为高能量锂离子电池,还应重点确认防爆观察、排烟、安全联锁、急停及远程操作条件。
LSK-JY电池挤压试验机最大挤压力大于15kN,有效挤压行程大于500mm,试验空间不小于850×300×300mm,并配置防爆观察窗、排风系统及测试接口,可用于设备能力范围内的锂离子电池、电芯及相关产品挤压安全测试。
第一个误区是认为挤压力越大,设备越好。
实际上,测试设备首先应满足标准要求,并能够准确控制力值、速度和停止条件。
第二个误区是不同电池产品共用同一套挤压参数。
电芯、电池组和动力电池包在结构和标准要求方面可能完全不同,测试条件不能直接互相套用。
第三个误区是只关注机械加载而不监测电气状态。
对于锂离子电池,电压和温度变化对于判断内部状态同样重要。
第四个误区是把挤压试验和针刺试验当成同一个项目。两者机械作用方式不同,应分别按照实际标准执行。
深圳市朗斯科检测仪器有限公司LSK-JY电池挤压试验机主要用于锂离子电池、电芯、电池组及相关电池产品的机械挤压安全测试。
设备最大挤压力大于15kN,有效挤压行程大于500mm,试验空间不小于850×300×300mm,并配置防爆观察窗、排烟及测试接口。
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