NI×賓凱騰：電池膨脹形變測試

鋰電池的膨脹特性

鋰電池在正常使用過(guò)程中，由于電化學(xué)反應和熱脹冷縮或液化/汽化等因素，必然會(huì )發(fā)生膨脹和收縮現象；長(cháng)期累計后就會(huì )產(chǎn)生鼓包。

圖1. 手機鋰電池包膨脹鼓包

鋰電池膨脹是對電池性能和安全有重大影響的特性，包括快速充放電過(guò)程中的可逆膨脹、長(cháng)期使用之后的系統性不可逆膨脹。充放電過(guò)程中的膨脹超過(guò)一定限度就會(huì )大大影響電池性能，甚至帶來(lái)起火爆炸等風(fēng)險。長(cháng)期使用導致的不可逆膨脹則可能影響電池壽命，或者帶來(lái)漏液等風(fēng)險。

汽車(chē)動(dòng)力電池的膨脹影響尤其明顯，因為動(dòng)力電池具有大電壓、大電流、高密度、與乘客近距離長(cháng)周期相處的特點(diǎn)，具有更大的因膨脹導致的漏液起火的風(fēng)險。電池漏液、起火、爆炸等導致人身安全事故的報道也并不罕見(jiàn)。

圖2. 動(dòng)力電池包內，電芯膨脹導致的擠壓破損、漏液

鋰電池的膨脹檢測

電池膨脹的分類(lèi)及其影響，尚處于探索階段，各大電池廠(chǎng)與電動(dòng)汽車(chē)廠(chǎng)都投入大量精力做相關(guān)研究。針對電池膨脹的測試，賓凱騰科技推出五種測試方法、匹配五種測試設備。其中，賓凱騰科技重點(diǎn)推薦基于內部氣壓/液壓測試原理的內部壓力采集、基于外殼形變量測試原理的膨脹形變采集。

電池膨脹形變量測試方案

賓凱騰公司自主研發(fā)的電池膨脹形變量檢測與分析設備是根據結構力學(xué)的理論、基于形變量檢測和分析的方法所研發(fā)的測試設備，該設備適用于電池包整包外殼、電芯鋁/鋼外殼的膨脹形變。其測試數據可基于波形曲線(xiàn)及其趨勢分析電池外殼老化趨勢，可標定對比力與形變的相關(guān)關(guān)系及根據結構力學(xué)特性尋找隱性損傷點(diǎn)，也可另行轉換后用于A(yíng)nsys等力學(xué)分析軟件的模型分析。

圖3. 電池膨脹形變測試設備

該設備是采用美國NI-CompactRIO硬件平臺，基于LabVIEW自主開(kāi)發(fā)電池膨脹測試軟件，首先實(shí)現溫度與應變的測試，包括短期高速測試和長(cháng)期穩定運行一年以上的測試；然后結合校準、標定、數據處理、數據換算等一系列操作，實(shí)現了電池的膨脹形變、膨脹壓力等測試。以下是具體的系統構成：

圖4. 池充放電產(chǎn)生的形變量的曲線(xiàn)波形

方案硬件構成

該設備基于美國NI的CompactRIO平臺實(shí)現。該平臺可以適應高低溫、強振動(dòng)、大沖擊等惡劣實(shí)驗環(huán)境；而且該平臺基于RTOS與FPGA實(shí)現，實(shí)時(shí)性高、穩定性好，可以獨立長(cháng)期可靠運行。因此，賓凱騰科技推出的該膨脹形變測試設備，既能滿(mǎn)足短期（若干天）高速測試觀(guān)察充放電或振動(dòng)導致的電池膨脹特性，又能長(cháng)期使用（若干年）觀(guān)察電池長(cháng)期膨脹特性。

圖5.方案硬件

方案軟件特性

另外，賓凱騰公司基于NI LabVIEW自主開(kāi)發(fā)的測試軟件，可以對測試進(jìn)行一鍵校準、實(shí)時(shí)查看設備采集狀態(tài)及實(shí)時(shí)數據、可導出設備存儲的歷史數據；提供了針對歷史數據進(jìn)行處理的各種工具，包括重采樣、濾波、平滑白噪、溫度矯正、峰谷提取、文件分割等；可提供校準、標定等服務(wù)，并提供了將應變值轉換為對應壓力值的轉換工具。

圖6.軟件測試

本文作者：深圳市賓凱騰科技有限公司   劉曉鋒