CN103471783A - 一种钠电池的无损检漏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钠电池的无损检漏方法，属于储能技术领域。本发明将检漏装置分为注氦装置和检测装置，在注氦时对电池内部和压力容器内部气压进行调整，能够有效适用钠电池内部气压高于或者低于一个带气压的情况，不会对钠电池内部气压造成破坏，采用本发明的方法对钠电池进行注氦和密封性检漏，可以精确检测零部件和单体电池的封接可靠性，定量表征封接缺陷，是实验开发和规模化生产过程中封接工艺研究、质量控制和建立标准的有效手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池的密封性检测方法，更具体地说，本发明涉及一种钠电池的无损检漏方法，属于储能技术领域。
背景技术
钠电池具有原材料丰富、使用寿命长、能量密度大等优点，是大规模电能储存技术方面有应用潜力的储能电池。
国家知识产权局于2012.9.5公开了一件公开号为CN202423499U，名称为“钠硫电池的阴极金属件”的发明专利，该专利的阴极金属件(6)具备圆筒部(61)和从圆筒部(61)外周向外部方向伸出的凸缘部(62)，在凸缘部(62)的下面形成有用于与绝缘环(4)进行接合的第一接合面(62a)，并以阴极金属件(6)和绝缘环(4)的接合状态时的圆筒部(61)的壁厚t1和凸缘部(62)的壁厚t2的关系满足t1>t2的方式形成。若采用本实用新型的阴极金属件(6)，通过使阴极金属件(6)的圆筒部(61)的壁厚t1大于凸缘部(62)的壁厚t2，从而能够使热压接合时施加的压力集中于接合面，并能够提高阴极金属件(6)和绝缘环(4)的接合部的强度可靠性。
国家知识产权局于2010.6.23公开了一件公开号为CN101752614A，名称为“一种新型低成本高密度钠-氯化镍单体电池及其电池组”的发明专利，该专利涉及一种高能量密度钠-氯化镍单体电池及其电池组，在常温条件下制作而成，整电池系统达120Wh/kg。该单体电池包括有正极、电解质、陶瓷管、在金属片中为负极活性物质的Na、外壳和包覆在外壳外面的绝热层材料，电池从外到里依次为绝热层材料、外壳、金属片、Na、固体电解质陶瓷管、填充的熔融盐电解质和多孔镍材料的正极，负极活性物质的Na与填充的熔融盐电解质分别填充在固体电解质的两侧，金属片包覆在固体电解质陶瓷管上，与陶瓷管之间形成毛细管空隙，熔融的钠在毛细作用下浸润整个固体电解质陶瓷管，两根电极棒伸出壳外，构成正负极接线柱，正极接线柱从熔融盐中伸出外壳，负极接线柱连接金属片伸出外壳。
上述两项专利为那电池的通常结构所展示的圆柱状，电池中包含多个金属和陶瓷组件。钠电池尤其是钠硫电池和钠氯化镍电池工作温度在260-350℃，而且正负极都是反应活性较高的物质，因此电池中不同组件之间封接的可靠性（焊接、玻璃封接、热压封接等）是关系到电池安全性和使用寿命的关键，必须严格控制质量。高效、可靠的无损检测方法是工艺研发和质量控制涉及的重要技术手段。
国家知识产权局于2011.9.14公开了一件公开号为CN102183345A，名称为“一种钠硫电池施压检漏装置及使用方法”的发明专利，该专利提供了一种钠硫电池施压检漏装置，其特征在于所述装置主要由压力容器、防爆系统、液压控制系统、平移导轨和电气操控系统组成。利用液压缸压紧缸盖，通过软密封保障压力容器内的气密性。在一定正压下，将检漏所需的气体压入装有钠硫电池的正压罐内。检测气体通过钠硫电池可能存在的泄漏点渗入电池内部。卸压后，电池内的气体会因压差沿漏孔泄漏出来，检测并记录下钠硫电池某部位的气体泄漏事件，从而得知钠硫电池漏孔所在的位置和漏率。本装置具有易于放大和实现自动化的特点，可使用在钠硫电池的在线无损检测。
上述专利提供了一种钠硫电池施压检漏装置及使用方法，所述装置包括压力容器、防爆系统、液压控制系统、平移导轨和电器操控系统，在一定正压下将示漏气体压入电池，泄压后利用有吸氦测试模式的检漏仪收集和测试示漏气体。该专利仅提供了一种适用于电池内部气压为一个大气压的吸氦测试装置和使用方法。如果电池内部气压低于大气压，利用该专利所述方法测试将破坏电池内部气压，不再是一种无损检测方法，仅适用于单体电池破坏性抽样检测。
发明内容
本发明旨在解决现有的钠电池检漏方法会破坏电池内部气压，不是无损检测，仅适用于单体电池破坏抽样检测的问题，提供一种钠电池的无损检漏方法，可对封接组件和单体电池进行有效检测和排查，并且对电池不会产生破坏。
为了实现上述发明目的，其具体技术方案如下：
一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、调整气压
将待测钠电池放入注氦压力容器中，所述的注氦压力容器顶部设置有注氦压力容器进气阀、注氦压力容器压力表和注氦压力容器排气阀，所述的注氦压力容器侧面设置有注氦压力容器真空阀；所述的注氦压力容器进气阀连接有氦气罐，所述的注氦压力容器真空阀连接有注氦压力容器真空泵；用注氦压力容器真空泵和氦气罐调整注氦压力容器内的气压至等于或者高于待测钠电池内部的气压，并保证注氦压力容器内充有一定比例的氦气；
B、注氦
如果待测钠电池内部气压为1个大气压或者高于1个大气压，将注氦压力容器排气阀和注氦压力容器真空阀关闭，打开注氦压力容器进气阀，注入氦气，在注氦压力容器压力表显示气压达到目标值后关闭注氦压力容器进气阀；如果待测钠电池内部气压低于1个大气压，将注氦压力容器排气阀和注氦压力容器进气阀都关闭，开启注氦压力容器真空泵和注氦压力容器真空阀，当注氦压力容器压力表显示气压等于或者低于待测钠电池内部气压时关闭注氦压力容器真空阀，开启注氦压力容器进气阀，注入氦气，在注氦压力容器压力表显示气压达到目标值后关闭注氦压力容器进气阀；注氦完成后，待测钠电池在目标值下保持压力；
C、检漏
将待测钠电池取出，吹扫除去其表面吸附的氦气，然后放入检漏压力容器中，所述的检漏压力容器顶部设置有检漏压力容器真空阀、检漏压力容器压力表和检漏压力容器吸枪接口，所述的检漏压力容器侧面设置有检漏压力容器排气阀；所述的检漏压力容器真空阀连接有检漏压力容器真空泵，所述的检漏压力容器吸枪接口连接有吸枪，所述的吸枪连接有氦质谱检漏仪；开启检漏压力容器真空阀，将检漏压力容器中的气压调整至低于待测钠电池内部气压，然后关闭检漏压力容器真空阀，启动氦质谱检漏仪进行测试，记录最高漏率值作为待测钠电池的整体漏率。
本发明在步骤A中，所述的用注氦压力容器真空泵和氦气罐调整注氦压力容器内的气压至等于或者高于待测钠电池内部的气压是指调整注氦压力容器内的气压比待测钠电池内部的气压高0-0.1MPa。
本发明在步骤A中，所述的保证注氦压力容器内充有氦气是指充有10-100%vol的氦气。
本发明在步骤A中，所述的氦气罐和注氦压力容器进气阀之间设置有减压阀。
本发明在步骤B中，所述的当注氦压力容器压力表显示气压等于或者低于待测钠电池内部气压时关闭注氦压力容器压力真空阀，其中的低于待测钠电池内部气压是指比待测钠电池内部气压低100Pa-0.1MPa。
本发明在步骤B中，所述的目标值比待测钠电池内部气压高100Pa-0.1MPa。
本发明在步骤B中，所述的待测钠电池在目标值下保持压力是指保持压力10-30分钟。
本发明在步骤C中，所述的氦质谱检漏仪上设置有氦质谱检漏仪吸枪接口，所述的氦质谱检漏仪吸枪接口与吸枪连接。
本发明在步骤C中，所述的将检漏压力容器中的气压调整至低于待测钠电池内部气压是指比待测钠电池内部气压低100Pa-0.1MPa。
本发明带来的有益技术效果：
本发明解决了现有技术仅提供了一种适用于电池内部气压为一个大气压的吸氦测试装置和使用方法，如果电池内部气压低于大气压，利用现有技术的方法测试将破坏电池内部气压，不再是一种无损检测方法，仅适用于单体电池破坏性抽样检测的问题，本发明将检漏装置分为注氦装置和检测装置，在注氦时对电池内部和压力容器内部气压进行调整，能够有效适用钠电池内部气压高于或者低于一个带气压的情况，不会对钠电池内部气压造成破坏，采用本发明的方法对钠电池进行注氦和密封性检漏，可以精确检测零部件和单体电池的封接可靠性，定量表征封接缺陷，是实验开发和规模化生产过程中封接工艺研究、质量控制和建立标准的有效手段。
附图说明
图1为注氦装置结构示意图；
图2为吸氦测试装置结构示意图；
1为待测钠电池、2为注氦压力容器、3为注氦压力容器进气阀、4为注氦压力容器压力表、5为注氦压力容器排气阀、6为注氦压力容器真空阀、7为氦气罐、8为注氦压力容器真空泵、9为减压阀、10为检漏压力容器、11为检漏压力容器真空阀、12为检漏压力容器压力表、13为检漏压力容器吸枪接口、14为检漏压力容器排气阀、15为检漏压力容器真空泵、16为吸枪、17为氦质谱检漏仪吸枪接口、18为氦质谱检漏仪、19为氦质谱检漏仪真空泵、20为质谱仪、21为控制系统、22为人机界面。
具体实施方式
实施例1
一种钠电池的无损检漏方法，包括以下工艺步骤：
A、调整气压
将待测钠电池1放入注氦压力容器2中，所述的注氦压力容器2顶部设置有注氦压力容器进气阀3、注氦压力容器压力表4和注氦压力容器排气阀5，所述的注氦压力容器2侧面设置有注氦压力容器真空阀6；所述的注氦压力容器进气阀3连接有氦气罐7，所述的注氦压力容器真空阀6连接有注氦压力容器真空泵8；用注氦压力容器真空泵8和氦气罐7调整注氦压力容器2内的气压至等于或者高于待测钠电池1内部的气压，并保证注氦压力容器2内充有氦气；
B、注氦
如果待测钠电池1内部气压为1个大气压或者高于1个大气压，将注氦压力容器排气阀5和注氦压力容器真空阀6关闭，打开注氦压力容器进气阀3，注入氦气，在注氦压力容器压力表4显示气压达到目标值后关闭注氦压力容器进气阀3；如果待测钠电池1内部气压低于1个大气压，将注氦压力容器排气阀5和注氦压力容器进气阀3都关闭，开启注氦压力容器真空泵8和注氦压力容器真空阀6，当注氦压力容器压力表4显示气压等于或者低于待测钠电池1内部气压时关闭注氦压力容器真空阀6，开启注氦压力容器进气阀3，注入氦气，在注氦压力容器压力表4显示气压达到目标值后关闭注氦压力容器进气阀3；注氦完成后，待测钠电池1在目标值下保持压力；
C、检漏
将待测钠电池1取出，吹扫除去其表面吸附的氦气，然后放入检漏压力容器10中，所述的检漏压力容器10顶部设置有检漏压力容器真空阀11、检漏压力容器压力表12和检漏压力容器吸枪接口13，所述的检漏压力容器10侧面设置有检漏压力容器排气阀14；所述的检漏压力容器真空阀11连接有检漏压力容器真空泵15，所述的检漏压力容器吸枪接口13连接有吸枪16，所述的吸枪16连接有氦质谱检漏仪18；开启检漏压力容器真空阀11，将检漏压力容器10中的气压调整至低于待测钠电池1内部气压，然后关闭检漏压力容器真空阀11，启动氦质谱检漏仪18进行测试，记录最高漏率值作为待测钠电池1的整体漏率。
上述技术方案采用注氦装置和检测装置，通过调整气压、注氦和检漏步骤解决了现有技术中钠电池检漏方法会破坏电池内部气压，不是无损检测，仅适用于单体电池破坏抽样检测的问题。
其中，注氦装置和检漏装置可以为两个装置，也可以合二为一，成为一个装置，当合二为一成为一个装置时，注氦压力容器2和检漏压力容器10为同一部件；注氦压力容器压力表4和检漏压力容器压力表12为同一部件；注氦压力容器排气阀5和检漏压力容器排气阀14为同一部件；注氦压力容器真空阀6和检漏压力容器真空阀11为同一部件；注氦压力容器真空泵8和检漏压力容器真空泵15为同一部件。
所述的氦质谱检漏仪18包括氦质谱检漏仪真空泵19、质谱仪20、控制系统21和人机界面22；所述的人机界面22与控制系统21信号连接，所述的控制系统21又分别信号连接氦质谱检漏仪真空泵19和质谱仪20，所述的氦质谱检漏仪真空泵19和质谱仪20之间互相连接。
实施例2
在实施例1的基础上，优选的：
在步骤A中，所述的用注氦压力容器真空泵8和氦气罐7调整注氦压力容器2内的气压至等于或者高于待测钠电池1内部的气压是指调整注氦压力容器2内的气压比待测钠电池1内部的气压高0MPa。
在步骤A中，所述的保证注氦压力容器2内充有氦气是指充有10%vol的氦气。
在步骤A中，所述的氦气罐7和注氦压力容器进气阀3之间设置有减压阀9。
在步骤B中，所述的当注氦压力容器压力表4显示气压等于或者低于待测钠电池1内部气压时关闭注氦压力容器压力真空阀6，其中的低于待测钠电池1内部气压是指比待测钠电池1内部气压低100Pa。
在步骤B中，所述的目标值比待测钠电池1内部气压高100Pa。
在步骤B中，所述的待测钠电池1在目标值下保持压力是指保持压力10分钟。
在步骤C中，所述的氦质谱检漏仪18上设置有氦质谱检漏仪吸枪接口17，所述的氦质谱检漏仪吸枪接口17与吸枪16连接。
在步骤C中，所述的将检漏压力容器10中的气压调整至低于待测钠电池1内部气压是指比待测钠电池1内部气压低100Pa。
实施例3
在实施例1的基础上，优选的：
在步骤A中，所述的用注氦压力容器真空泵8和氦气罐7调整注氦压力容器2内的气压至等于或者高于待测钠电池1内部的气压是指调整注氦压力容器2内的气压比待测钠电池1内部的气压高0.1MPa。
在步骤A中，所述的保证注氦压力容器2内充有氦气是指充有100%vol的氦气。
在步骤A中，所述的氦气罐7和注氦压力容器进气阀3之间设置有减压阀9。
在步骤B中，所述的当注氦压力容器压力表4显示气压等于或者低于待测钠电池1内部气压时关闭注氦压力容器压力真空阀6，其中的低于待测钠电池1内部气压是指比待测钠电池1内部气压低0.1MPa。
在步骤B中，所述的目标值比待测钠电池1内部气压高0.1MPa。
在步骤B中，所述的待测钠电池1在目标值下保持压力是指保持压力30分钟。
在步骤C中，所述的氦质谱检漏仪18上设置有氦质谱检漏仪吸枪接口17，所述的氦质谱检漏仪吸枪接口17与吸枪16连接。
在步骤C中，所述的将检漏压力容器10中的气压调整至低于待测钠电池1内部气压是指比待测钠电池1内部气压低0.1MPa。
实施例4
在实施例1的基础上，优选的：
在步骤A中，所述的用注氦压力容器真空泵8和氦气罐7调整注氦压力容器2内的气压至等于或者高于待测钠电池1内部的气压是指调整注氦压力容器2内的气压比待测钠电池1内部的气压高0.05MPa。
在步骤A中，所述的保证注氦压力容器2内充有氦气是指充有55%vol的氦气。
在步骤A中，所述的氦气罐7和注氦压力容器进气阀3之间设置有减压阀9。
在步骤B中，所述的当注氦压力容器压力表4显示气压等于或者低于待测钠电池1内部气压时关闭注氦压力容器压力真空阀6，其中的低于待测钠电池1内部气压是指比待测钠电池1内部气压低0.05MPa。
在步骤B中，所述的目标值比待测钠电池1内部气压高0.05MPa。
在步骤B中，所述的待测钠电池1在目标值下保持压力是指保持压力20分钟。
在步骤C中，所述的氦质谱检漏仪18上设置有氦质谱检漏仪吸枪接口17，所述的氦质谱检漏仪吸枪接口17与吸枪16连接。
在步骤C中，所述的将检漏压力容器10中的气压调整至低于待测钠电池1内部气压是指比待测钠电池1内部气压低0.05MPa。
实施例5
在实施例1的基础上，优选的：
在步骤A中，所述的用注氦压力容器真空泵8和氦气罐7调整注氦压力容器2内的气压至等于或者高于待测钠电池1内部的气压是指调整注氦压力容器2内的气压比待测钠电池1内部的气压高0.06MPa。
在步骤A中，所述的保证注氦压力容器2内充有氦气是指充有85%vol的氦气。
在步骤A中，所述的氦气罐7和注氦压力容器进气阀3之间设置有减压阀9。
在步骤B中，所述的当注氦压力容器压力表4显示气压等于或者低于待测钠电池1内部气压时关闭注氦压力容器压力真空阀6，其中的低于待测钠电池1内部气压是指比待测钠电池1内部气压低1500Pa。
在步骤B中，所述的目标值比待测钠电池1内部气压高0.03MPa。
在步骤B中，所述的待测钠电池1在目标值下保持压力是指保持压力15分钟。
在步骤C中，所述的氦质谱检漏仪18上设置有氦质谱检漏仪吸枪接口17，所述的氦质谱检漏仪吸枪接口17与吸枪16连接。
在步骤C中，所述的将检漏压力容器10中的气压调整至低于待测钠电池1内部气压是指比待测钠电池1内部气压低20000Pa。
Claims (9)
1.一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、调整气压
将待测钠电池（1）放入注氦压力容器（2）中，所述的注氦压力容器（2）顶部设置有注氦压力容器进气阀（3）、注氦压力容器压力表（4）和注氦压力容器排气阀（5），所述的注氦压力容器（2）侧面设置有注氦压力容器真空阀（6）；所述的注氦压力容器进气阀（3）连接有氦气罐（7），所述的注氦压力容器真空阀（6）连接有注氦压力容器真空泵（8）；用注氦压力容器真空泵（8）和氦气罐（7）调整注氦压力容器（2）内的气压至等于或者高于待测钠电池（1）内部的气压，并保证注氦压力容器（2）内充有氦气；
B、注氦
如果待测钠电池（1）内部气压为1个大气压或者高于1个大气压，将注氦压力容器排气阀（5）和注氦压力容器真空阀（6）关闭，打开注氦压力容器进气阀（3），注入氦气，在注氦压力容器压力表（4）显示气压达到目标值后关闭注氦压力容器进气阀（3）；如果待测钠电池（1）内部气压低于1个大气压，将注氦压力容器排气阀（5）和注氦压力容器进气阀（3）都关闭，开启注氦压力容器真空泵（8）和注氦压力容器真空阀（6），当注氦压力容器压力表（4）显示气压等于或者低于待测钠电池（1）内部气压时关闭注氦压力容器真空阀（6），开启注氦压力容器进气阀（3），注入氦气，在注氦压力容器压力表（4）显示气压达到目标值后关闭注氦压力容器进气阀（3）；注氦完成后，待测钠电池（1）在目标值下保持压力；
C、检漏
将待测钠电池（1）取出，吹扫除去其表面吸附的氦气，然后放入检漏压力容器（10）中，所述的检漏压力容器（10）顶部设置有检漏压力容器真空阀（11）、检漏压力容器压力表（12）和检漏压力容器吸枪接口（13），所述的检漏压力容器（10）侧面设置有检漏压力容器排气阀（14）；所述的检漏压力容器真空阀（11）连接有检漏压力容器真空泵（15），所述的检漏压力容器吸枪接口（13）连接有吸枪（16），所述的吸枪（16）连接有氦质谱检漏仪（18）；开启检漏压力容器真空阀（11），将检漏压力容器（10）中的气压调整至低于待测钠电池（1）内部气压，然后关闭检漏压力容器真空阀（11），启动氦质谱检漏仪（18）进行测试，记录最高漏率值作为待测钠电池（1）的整体漏率。
2.根据权利要求1所述的一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：在步骤A中，所述的用注氦压力容器真空泵（8）和氦气罐（7）调整注氦压力容器（2）内的气压至等于或者高于待测钠电池（1）内部的气压是指调整注氦压力容器（2）内的气压比待测钠电池（1）内部的气压高0-0.1MPa。
3.根据权利要求1所述的一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：在步骤A中，所述的保证注氦压力容器（2）内充有氦气是指充有10-100%vol的氦气。
4.根据权利要求1所述的一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：在步骤A中，所述的氦气罐（7）和注氦压力容器进气阀（3）之间设置有减压阀（9）。
5.根据权利要求1所述的一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：在步骤B中，所述的当注氦压力容器压力表（4）显示气压等于或者低于待测钠电池（1）内部气压时关闭注氦压力容器压力真空阀（6），其中的低于待测钠电池（1）内部气压是指比待测钠电池（1）内部气压低100Pa-0.1MPa。
6.根据权利要求1所述的一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：在步骤B中，所述的目标值比待测钠电池（1）内部气压高100Pa-0.1MPa。
7.根据权利要求1或6所述的一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：在步骤B中，所述的待测钠电池（1）在目标值下保持压力是指保持压力10-30分钟。
8.根据权利要求1所述的一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：在步骤C中，所述的氦质谱检漏仪（18）上设置有氦质谱检漏仪吸枪接口（17），所述的氦质谱检漏仪吸枪接口（17）与吸枪（16）连接。
9.根据权利要求1所述的一种钠电池的无损检漏方法，其特征在于：在步骤C中，所述的将检漏压力容器（10）中的气压调整至低于待测钠电池（1）内部气压是指比待测钠电池（1）内部气压低100Pa-0.1MPa。
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