2.4.1 电池安全性测试设备
（1）电池测试仪
电池测试仪主要应用于锂离子电池工况模拟测试、脉冲充放电测试、循环寿命测试、倍率充放电测试，也可以对电池进行过充电，模拟电滥用工况。电池测试仪一般分为生产用和实验用两大类：生产用具有多个端口，通常数以百计，输出统一的电流与电压，所以适合批量生产测试；实验用则每个输出端口完全分开，可独立控制输出模式，且输出电流大。实验用电池测试仪如图2-6所示。
图2-6 实验用电池测试仪
以新威CT-4008-5V50A为例，电池测试仪的主要技术指标如下：
1）输出电压范围：0.025～5V。
2）输出电流范围：0.25～50A。
3）电压电流精度：±0.1%FS。
4）电压电流稳定度：±0.1%FS。
5）充电模式：恒流充电、恒压充电、恒流恒压充电、恒功率充电。
6）放电模式：恒流放电、恒功率放电、恒阻放电。
实验用电池测试仪可以实时在线监测、完整显示测试数据，根据要求完全深度放电，设备使用风冷散热，可以满足连续十几小时的放电测试，并能自动记录测试数据，且具备安全自动保护功能和安全警报功能。硬件特点如下：
1）电池测试通道：每个通道可对一组成品电池进行电池性能测试，单个测试通道采用模块化组合，每个模块都可进行单独的电流限制，使用户在扩展通道和维护设备时倍感方便。各通道完全独立，互不干涉、互不影响，即使由于某种原因使其中个别通道工作不正常，也不会影响其他通道正常工作。
2）电池夹具：每个电池夹具均采用国际流行四线制原理进行设计，避免了测试仪内阻叠加到电池内阻上，使测试结果更为准确。夹具可以耐腐蚀，调节方便，接触可靠。
3）测试数据和状态掉电保护：测试设备具有掉电保护功能，通过上位机软件选中此功能，当供电源突然停止时，可依靠自带干电池保存记录数据，当供电源恢复供电时，还可恢复停电前的状态，继续运行。
4）软硬件安全保护：软件保护是当被测电池出现低电压、低电流、过电压和过电流时，控制系统将关闭此通道，将此电池与设备脱离。夹具安全保护是所有的电池夹具及其配件均采用阻燃材料。
（2）针刺挤压机
电池针刺挤压机模拟各类动力锂电池组在使用过程中遭受挤压的情形，人工呈现电池在遭受挤压时可能出现的不同状况。电池针刺挤压机主要由针刺挤压主机、计算机柜、控制软件、电压电流温度采集系统、挤压夹具、摄像监控系统和计算机等部分组成。针刺挤压机主体如图2-7所示。试验时将电池放在两个挤压板之间，液压油缸将压力施加到被挤压电池上，使电池的内部短路，当电池两极之间的电压下降到零或者接近零时自动回位。或者压力使电池变形到原始尺寸的85%停留一段时间，然后再压到电池原始尺寸的50%，而后回位。两种模式试验完成以后，根据标准判断电池不起火、不爆炸为合格。针刺挤压机依据的技术标准有QC/T 743—2006《电动汽车用锂离子蓄电池》、QC/T 744—2006《电动汽车用金属氢化物镍蓄电池》等。
图2-7 针刺挤压机主体
针刺挤压机的主要技术参数如下：
1）驱动方式：电液伺服。
2）挤压压力：1～15kN。
3）力值误差：±1%。
4）针刺速度：10～80mm/s。
5）针刺精度：±0.5%FS。
6）挤压精度：±0.5%FS。
（3）高低温试验箱
高低温试验箱主要用于工业产品高温、低温的可靠性试验，检验其各项性能指标。高低温试验箱主要由冷冻系统、加热系统、控制系统、强制内部循环系统、排烟箱体等多部分构成。高低温（交变）湿热试验箱内含有可编程序控制器，可以实现全自动控制，即预先把要设置的参数以及试验的次数设置进去，然后按照所设置的程序工作。高低温（交变）湿热试验箱如图2-8所示。
高低温（交变）湿热试验箱的主要技术指标如下：
1）温度范围：-60～130℃。
2）温度波动度：±0.5℃。
3）温度均匀度：±2℃。
4）湿度范围：30%RH～95%RH。
5）湿度波动度：±3%RH。
（4）热滥用防爆试验箱
热滥用防爆试验箱主要用于电池安全性能检测中炉热试验、加热测试等。热滥用防爆试验箱与高低温试验箱的结构基本相同，主要的不同点在于热滥用防爆试验箱升温速度较快，温度上限更高，且添加了防爆装置。广东贝尔实验设备有限公司生产的热滥用防爆试验箱根据GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》、GB31241—2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》等测试标准要求而定，电池充满电后，将电池放入试验箱中。试验箱以（5±2）℃/min的温升速率进行升温，当箱内温度达到（130±2）℃后恒温，并持续30min，电池应不起火、不爆炸。热滥用防爆试验箱如图2-9所示。
图2-8 高低温（交变）湿热试验箱
热滥用防爆试验箱的主要技术参数如下：
1）温度范围：10～250℃。
2）温度波动度：±0.5℃。
3）温度偏差：±2℃（空载）。
4）温度均匀度：10～200℃范围内为±2℃；201～250℃范围内为±3℃。
5）升温速率：1～5℃/min。
（5）绝热加速量热仪
当电池的热生成速率超出其热发散速率时，就会发展成热失控。因此在绝热环境中，与热生成性质相关的参数对于评估一个反应体系的安全性是非常重要的。加速量热法是一种在近似绝热的情况下对样品热安全性进行测试分析的方法。在对反应体系进行测试过程中，为了安全可控地获取绝热热量数据，从而导出相关的热动力学参数，绝热加速量热仪（Accelerating Rate Calorimeter，ARC）作为一种热危险评估工具就被发展起来了。ARC能够提供一个控制精确的绝热环境，模拟电池内部热量不能及时散失时放热反应过程的热特性，使反应更接近于真实反应过程，从而获得热失控条件下反应的动力学参数。它具有测量灵敏度高（0.005℃/min，甚至更高）和测试灵活等特点。在绝热环境中可以测得自放热速率，它揭示了反应过程中热量是如何释放的，还可以计算出反应过程中释放出来的总热量。通过ARC可以评估反应体系的安全性，在此基础上可以对反应体系进行一系列掺杂、包覆、纳米化等处理，从而降低反应体系的危害性。近年来ARC在测试和改善锂离子电池安全特性方面也得到了越来越多的应用。
图2-9 热滥用防爆试验箱
ARC主要由绝热炉、绝热炉盖、控制系统、反应容器以及保护外壳等部分组成，如图2-10所示。工作时试样被放置在球形容器（炸膛）内。炸膛与封闭式压力测量系统连接，外表面附有高精度N型热电偶，放置在一个坚固的表面镀镍的炉体中央。炉体有分别可控的三部分（绝热炉盖、绝热炉壁和底部），每部分都有自己的热电偶和加热器。炉体和球形容器组件再被装入一个设计用来保护用户不受失控反应伤害的保护外壳内。
图2-10 绝热加速量热仪
ARC主要有加热—等待—搜寻（HWS）模式、恒温模式、等速扫描模式等。以最典型的HWS模式为例，首先将试样和炉体加热至预先设置的起始温度，该起始温度一般比试样自发的副反应温度低20℃左右，在反应温度未知的情况下可以将起始温度设为环境温度。在等待阶段，试样温度和炉体温度趋于一致。随后ARC进入搜寻阶段，不间断地对试样是否发生自放热进行检测，当试样未呈现出大于预先设定的放热速率时（通常是0.020℃/min，取决于ARC的设置精度），ARC自动重复前述步骤，按用户定义的“加热步进温度”值在加热阶段提高温度，然后再进入等待和探测阶段，直至放热速率大于0.020℃/min时，ARC进入自动跟踪阶段，使炉体实时跟踪试样的温度，保证试样与环境没有热交换。
杭州仰仪科技有限公司生产的实验室用ARC主要技术指标如下：
1）控温范围：室温至500℃。
2）温度检测阈值：0.005～0.02℃/min。
3）温度跟踪速率：0.005～40℃/min。
4）温度显示分辨力：0.001℃。
5）压力范围：0～20MPa。
6）压力分辨力：1kPa。
7）样品池规格：8mL。
8）样品池材质：不锈钢、钛合金。
在不同的工作模式下，ARC可以测得初始放热温度、温度和压力变化曲线、温升速率曲线、压升速率曲线、绝热温升、材料比热容等数据。