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锂离子电池在异常高温条件下可能出现内部材料分解、隔膜收缩、电解液反应以及内部短路等现象,严重时可能进一步导致热失控、起火或爆炸。
为了评价电池在高温滥用条件下的安全性能,电池安全测试中通常设置热滥用试验。该试验并不是简单地把电池放进高温箱进行加热,而是需要按照规定的样品状态、升温速率、目标温度和保持时间进行受控测试。
不同类型电池和不同测试标准的具体条件可能存在差异,正式试验时应根据产品类别和适用标准确定测试参数。
电池热滥用试验是将规定状态下的电池放入高温试验箱,通过程序控制方式按照规定升温速率逐渐提高环境温度。
当试验箱达到目标温度后继续保持规定时间,并观察电池在整个试验过程中是否出现起火、爆炸、泄漏、异常变形或其他危险现象。
这种测试主要用于评价电池在异常高温环境作用下的安全稳定性。
典型测试流程包括:
样品准备与状态确认;将电池放入热滥用试验箱;安装必要的温度监测传感器;启动程序升温;按照规定升温速率升至目标温度;在目标温度下保持规定时间;观察并记录电池状态;试验结束后继续按照要求进行安全观察。
整个测试过程中,应避免人员直接接近可能发生异常反应的样品。
热滥用试验的重要参数之一就是升温过程。
如果先将试验箱加热到130℃,再把常温电池直接放入,高温环境会对样品形成明显的快速热冲击。
这种测试条件与按照规定速度逐渐升温的热滥用过程并不相同。
因此,涉及程序升温要求的项目,应将样品放入试验箱后按照规定升温速率进行测试。
在锂离子电池安全测试中,130℃是部分热滥用项目采用的重要目标温度。
在这一温度环境下,电池内部材料可能受到明显热应力,可以用于评价电池结构、安全设计和材料体系在异常高温条件下的安全表现。
但130℃并不是所有电池产品统一使用的试验温度。
不同类型电池、不同产品用途以及不同标准可能采用不同测试条件,因此实际测试时仍应以具体项目要求为准。
对于适用GB 31241-2022相关要求的便携式电子产品用锂离子电池,热滥用项目需要按照规定状态准备样品。
试验过程中,将样品置于试验箱中,以规定升温速率升高环境温度。
常见核心测试条件包括:
升温速率:5℃/min±2℃/min
目标温度:130℃±2℃
保持时间:30min
试验过程中观察样品状态,并按照相应要求进行结果判定。
5℃/min表示试验箱温度平均每分钟上升约5℃。
例如从25℃开始升温到130℃,理论温差为105℃。
如果按照5℃/min的平均升温速率计算,升温阶段大约需要21min。
但实际设备运行中还会受到箱体热容量、样品数量、控制算法及允许偏差等因素影响,因此不能简单依靠固定时间代替温度程序控制。
实际温控系统不可能在整个升温过程中始终保持完全相同的瞬时变化速度。
因此标准测试通常会给出一定允许范围。
例如5℃/min±2℃/min意味着设备需要具备稳定的程序升温控制能力,使实际升温过程保持在规定范围内。
如果设备只能快速加热、无法控制升温斜率,就不适合直接用于这种程序热滥用测试。
试验箱环境达到130℃时,并不意味着电池内部所有位置已经立即达到相同状态。
继续保持30min可以使电池在高温环境中持续受到热作用,并充分观察可能出现的内部反应。
因此热滥用试验既考察升温阶段,也考察达到目标温度后的持续高温阶段。
正式测试时需要区分环境温度和样品温度。
试验箱控制系统负责建立规定的环境温度程序。
根据不同测试项目,还可能需要在电池表面布置温度传感器,用于监测样品实际温升状态。
因此专业测试设备通常既需要可靠的箱体温控系统,也需要能够配合样品温度采集。
如果试验箱内部不同位置温差较大,同一批样品实际承受的热环境就可能不同。
特别是在一次同时测试多只电池时,靠近加热器区域和远离加热器区域如果温差过大,会降低测试一致性。
因此电池热滥用试验箱除了需要达到目标温度,还需要具有良好的温度均匀度和稳定性。
两者都会使用高温环境,但测试目的不同。
高温老化主要用于评价产品长期处于高温环境后的可靠性、寿命或性能变化。
热滥用试验属于电池安全测试,更关注异常高温条件是否会导致电池出现危险失效。
热滥用通常具有明确升温速率、较高目标温度和安全判定要求。
因此不能简单使用普通高温老化概念代替热滥用测试。
在行业实际使用中,“电池热滥用试验箱”和“电池热冲击试验箱”经常被作为相近设备名称使用。
但从具体测试方法来看,不同标准中的热滥用、热冲击和温度冲击并不一定完全相同。
有的项目强调程序升温至高温并保持,有的项目则可能涉及更快速的温度变化。
因此设备名称可以存在行业通用叫法,但正式测试参数必须按照对应试验条款确定。
普通工业烘箱主要用于加热、干燥或高温处理。
而锂离子电池热滥用测试存在样品异常放热、冒烟、泄压、起火甚至爆炸的可能。
因此专业电池热滥用试验箱除了温度控制功能,还需要考虑防护箱体、观察结构、泄压、排烟、安全联锁和异常情况下的人员隔离。
仅仅温度能够达到130℃并不代表设备就适合电池安全试验。
锂离子电池在高温滥用状态下可能发生内部剧烈反应。
如果试验样品发生快速产气或热失控,密闭箱体内部压力可能迅速增加。
合理的隔爆、防护和泄压结构可以降低异常压力直接作用于设备和操作人员的风险。
实际设备安全等级还应结合样品容量、数量和总能量进行确定。
热滥用试验过程中,如果样品出现异常,可能产生烟气和分解气体。
这些烟气如果长期积聚在试验箱内,会影响观察和后续操作。
因此电池热滥用设备通常需要配置排风或排烟接口,并配合实验室整体通风系统使用。
基础测试一般需要记录:
环境温度、试验时间、样品状态以及是否发生起火、爆炸等现象。
对于研发或深入分析项目,还可以增加电池表面温度、电池电压以及其他数据采集。
这些数据可以帮助分析样品在升温阶段、目标温度阶段及异常反应阶段的状态变化。
是否能够同时测试多只样品,需要根据标准要求、样品尺寸和试验箱能力判断。
如果一次放置多个样品,应确保样品之间留有合理间距,不能因为摆放过密而明显影响箱内空气循环和温度均匀性。
同时还需要评估多只电池同时异常时的总能量和安全风险。
因此不能只根据试验箱内部是否“放得下”来决定样品数量。
不能这样理解。
设备最高温度代表测试系统的能力范围。
例如一台热滥用试验箱最高可以达到200℃,说明设备可以覆盖一定范围内的高温测试项目。
但如果具体标准要求130℃±2℃,测试时仍然应该按照130℃条件执行。
设备能力越高并不意味着实际试验参数可以随意提高。
对于具有明确程序要求的测试项目,应在完成规定升温过程和高温保持时间后,根据标准规定结束试验。
试验结束并不意味着可以立即打开箱门接触样品。
如果样品仍处于高温状态或存在持续反应,应继续按照实验室安全流程进行观察和冷却。
确认样品状态稳定后,再进行后续处理。
热滥用测试主要关注样品在规定高温条件下是否发生标准所定义的不安全现象。
不同产品标准可能存在不同判定方法。
对于相关锂离子电池安全项目,通常重点关注是否出现起火、爆炸等危险情况。
如果用于企业研发,还可以结合温度曲线、电压变化和样品结构变化进行更深入分析。
常见错误之一是把样品直接放入已经升到目标温度的试验箱,而忽略规定升温速率。
第二个错误是只看最高温度,不检查实际升温曲线。
第三个错误是达到130℃后立即结束,没有完成规定保持时间。
第四个错误是一次放入过多样品,影响温度均匀性和安全防护能力。
第五个错误是使用普通烘箱进行高能量锂电池测试,而没有考虑隔爆、泄压和排烟。
第六个错误是把一种标准中的130℃条件直接套用到所有电池产品。
设备选型首先需要确认样品最大尺寸、数量和总能量。
其次确认试验要求中的最高温度、升温速率、保持时间和温度均匀度。
如果项目涉及130℃热滥用测试,设备必须具备稳定的程序升温控制能力,而不仅仅是能够达到130℃。
同时还要重点确认箱体防护、泄压、观察窗、排烟、安全联锁和急停配置。
对于容量较大的电池模块,还应根据潜在释放能量重新选择更高安全等级和更大试验空间的设备。
深圳市朗斯科检测仪器有限公司LSK-LCZ电池热滥用试验箱主要用于锂离子电池、电芯及相关电池产品的高温热滥用安全测试。
设备测试空间600×600×600mm,容积216L,温度范围RT+20℃~200℃,支持程序运行和定值运行,可进行升温斜率控制,并配置隔爆排气结构。
对于130℃热滥用项目,可以根据具体测试要求设置升温程序、目标温度和保持时间。
电池热滥用试验的温度是不是固定130℃?
不是。130℃是部分锂离子电池安全项目采用的测试条件,其他类型电池应根据对应标准确定。
5℃/min是不是越精确越好?
设备需要在规定允许范围内稳定控制升温过程,重点是满足测试项目规定,而不是脱离标准追求某一个绝对数值。
达到130℃后为什么不能马上停止?
因为样品需要继续承受规定时间的高温环境,以评价其持续高温条件下的安全表现。
热滥用和高温老化能用同一台设备吗?
需要看设备温控性能和安全结构。普通高温老化箱未必具备电池热滥用所需的防护、泄压和排烟能力。
热滥用试验发生起火怎么办?
测试前应按照实验室安全流程做好隔离、监控、排烟和应急措施,人员不应在危险状态下直接打开设备处理样品。
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