CN109411841A - 锂离子电池检测装置及锂离子电池系统 - Google Patents

锂离子电池检测装置及锂离子电池系统 Download PDF

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CN109411841A CN201811459636.7A CN201811459636A CN109411841A CN 109411841 A CN109411841 A CN 109411841A CN 201811459636 A CN201811459636 A CN 201811459636A CN 109411841 A CN109411841 A CN 109411841A
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卢兰光
杨辉前
刘波
张友群
韩雪冰
杜玖玉
冯旭宁
蒋顺业
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Abstract

本申请提供一种锂离子电池检测装置及锂离子电池系统。所述锂离子电池检测装置包括箱体本体、可视窗口和箱体安全阀。所述箱体本体密封形成一个电池模组收纳空间。所述电池模组收纳空间用于存放锂离子电池单体。并且，所述箱体本体具有检测面和可视面，所述检测面和所述可视面包围形成所述电池模组收纳空间。所述检测面开设有出气口。所述可视窗口设置于所述可视面。所述锂离子电池检测装置通过所述箱体本体可以开展锂离子电池单体或模组热失控试验，并通过所述可视窗口观察所述锂离子电池单体喷发过程中电池包内部是否会出现明火。当所述锂离子电池单体喷发过程中会产生喷发物，通过所述箱体安全阀可以将所述喷发物导出。

Description

锂离子电池检测装置及锂离子电池系统
技术领域
本申请涉及动力能源技术领域，特别是涉及一种锂离子电池检测装置及锂离子电池系统。
背景技术
近年来，电动汽车的市场份额稳步提升。锂离子电池具有高电压、高比能量、长循环寿命、对环境无污染等卓越性能，受到电动汽车产业的高度关注。然而，锂离子电池喷发过程会产生可燃混合气。所述可燃混合气积聚在锂离子电池内部。在锂离子电池内部达到一定压力界限后，安全阀开启，所述可燃混合气随着锂离子电池喷发而释放到外界环境中。在锂离子电池喷发过程中，锂离子电池表面温度最高可达到1000℃左右。锂离子电池的电芯内部温度更高，故因此喷发物往往包含有火星等高温颗粒物，高温颗粒喷发物表面温度大约为600～1200℃左右。由于锂离子电池高温表面以及高温颗粒喷发物温度远高于气态喷发物的着火温度，一旦喷发物喷射在空气中并与氧气接触，将极易出现着火现象，并引发火灾。锂离子电池喷发后高温可燃物与进入锂离子电池内部的空气接触后也很容易出现自燃现象。另外，即使锂离子电池喷发后的气态喷发物不出现着火现象，但如果逐渐积累到一定数量，也将可能会出现爆炸现象，其危害性将更大。因此，锂离子电池喷发是引发锂离子电池火灾甚至是爆炸事故的安全隐患之一。锂离子电池喷发引发的火灾及爆炸事故屡见报道，安全性问题成为阻碍其在动力电源产业大规模商业化应用的主要因素之一。
传统方案中大多在加速量热仪中开展锂离子电池单体绝热热失控试验，或者在开放环境中开展电池单体或模组试验。然而，上述电池单体或模组所处的环境与电池包内电池单体或模组所处的环境差异较大，即电池包内的环境并非绝热，也不像开放环境中可以自行散热。并且，传统方案中无法观察到电池内部火星、烟气等的流动情况。
发明内容
基于此，有必要针对传统方案中电池喷发物所处空间及氧浓度环境无法模拟真实电池包内部，且无法观察到电池内部火星、烟气等的流动情况的问题，提供一种锂离子电池检测装置及锂离子电池系统。
一种锂离子电池检测装置包括：
箱体本体，密封形成一个电池模组收纳空间，用于收纳电池模组，并且所述箱体本体具有检测面和可视面，所述检测面和所述可视面包围形成所述电池模组收纳空间，所述检测面开设有出气口；
可视窗口，设置于所述可视面，用于观察所述箱体本体内的情况；以及
箱体安全阀，设置于所述出气口。
在其中一个实施例中，所述可视窗口的面积占所述可视面的50％或100％。
在其中一个实施例中，还包括：
电缆接头，设置于所述检测面，与所述出气口间隔设置，并与外接设备电连接，用于向所述锂离子电池检测装置内提供热量或检测所述电池模组的电压。
在其中一个实施例中，所述电缆接头包括：
第一电缆接头，设置于所述检测面，外接设备通过所述第一电缆接头向所述锂离子电池检测装置内提供热量；以及
第二电缆接头，设置于检测面，并且与所述第一电缆接头间隔设置，外接设备通过所述第二电缆接头检测所述电池模组的电压。
在其中一个实施例中，还包括：
温度检测器，设置于所述检测面，分别与所述出气口和所述电缆接头间隔设置。
在其中一个实施例中，所述温度监测装置包括：
第一温度传感器，设置于所述检测面，用于检测所述电池模组的电芯中心温度；
第二温度传感器，设置于所述检测面，并与所述第一温度传感器间隔设置，用于所述检测电池模组的电池单体表面温度；以及
第三温度传感器，设置于所述检测面，并分别与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器间隔设置，用于检测所述锂离子电池检测装置与所述电池模组之间的温度。
在其中一个实施例中，还包括：
压力传感器，设置于所述检测面，与所述温度检测器间隔设置，用于检测所述锂离子电池检测装置内的压力。
在其中一个实施例中，所述箱体本体的厚度为5mm-15mm。
在其中一个实施例中，所述箱体本体的形状为立方体形或圆柱体形。
一种锂离子电池系统包括：
如上述任一个实施例所述的锂离子电池检测装置；以及
导出装置，与所述箱体安全阀通过管路连接，所述锂离子电池系统通过所述箱体安全阀和所述导出装置将所述电池模组收纳空间中的喷发物导出。
本申请提供一种锂离子电池检测装置及锂离子电池系统。所述锂离子电池检测装置包括箱体本体、可视窗口和箱体安全阀。所述箱体本体密封形成一个电池模组收纳空间。所述电池模组收纳空间用于存放锂离子电池单体。并且，所述箱体本体具有检测面和可视面，所述检测面和所述可视面包围形成所述电池模组收纳空间。所述检测面开设有出气口。所述可视窗口设置于所述可视面。所述锂离子电池检测装置通过所述箱体本体可以开展锂离子电池单体或模组热失控试验，并通过所述可视窗口观察所述锂离子电池单体喷发过程中电池包内部是否会出现明火。当所述锂离子电池单体喷发过程中会产生喷发物，通过所述箱体安全阀可以将所述喷发物导出。
附图说明
图1为一个实施例中提供的锂离子电池检测装置结构示意图；
图2为一个实施例中提供的锂离子电池检测装置结构示意图；
图3为一个实施例中提供的第一检测面图的剖面图；
图4为一个实施例中提供的第一检测面图的剖面图；
图5为一个实施例中提供的第一检测面图的剖面图；
图6为一个实施例中提供的第二检测面图的剖面图；
图7为一个实施例中提供的第二检测面图的剖面图；
图8为一个实施例中提供的第二检测面图的剖面图；
图9为一个实施例中提供的锂离子电池检测装置结构示意图；
图10为一个实施例中提供的锂离子电池检测装置结构示意图；
图11为一个实施例中提供的锂离子电池检测装置结构示意图；
图12为一个实施例中提供的锂离子电池系统结构示意图。
主要元件附图标号说明
锂离子电池检测装置 100
箱体本体 10
检测面 11
可视面 12
壁面 13
电池模组收纳空间 101
出气口 103
可视窗口 20
箱体安全阀 30
电缆接头 50
第一电缆接头 51
第二电缆接头 52
温度检测器 60
第一温度传感器 61
第二温度传感器 62
第三温度传感器 63
压力传感器 70
电池模组 200
电池单体安全阀 201
导出装置 300
锂离子电池系统 400
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的一种锂离子电池检测装置及锂离子电池系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
请参见图1，在一个实施例中提供一种锂离子电池检测装置100。所述锂离子电池检测装置100包括箱体本体10、箱体安全阀30、温度检测器60和多个压力传感器70。
所述箱体本体10密封形成一个电池模组收纳空间101。所述电池模组收纳空间101中存储有一个或者多个锂离子电池单体或者锂离子电池模组200。所述电池模组收纳空间101中的所述锂离子电池单体可以为硬壳锂离子电池，还可以为软包锂离子电池以及方壳锂离子电池。并且所述箱体本体10具有至少一个检测面11。所述至少一个检测面11开设有出气口103。所述箱体安全阀30设置于所述出气口103。所述温度检测器60设置于所述检测面11，与所述出气口103间隔设置。所述多个压力传感器70设置于所述检测面11，与所述多个温度检测装置60间隔设置。
具体的，所述箱体本体10的制作材料可为耐高温高压的橡胶、塑料或石英玻璃。所述箱体本体10可以通过密封圈密封。所述箱体本体10具有所述电池模组收纳空间101。所述锂离子电池模组200或单体设置于所述电池模组收纳空间101。所述箱体本体10中可以设置多个所述锂离子电池单体。多个所述锂离子电池模组200或单体之间可以进行串并联的连接。在所述箱体本体10的表面设置有所述箱体安全阀30、温度检测器60和压力传感器70。所述温度检测器60和所述压力传感器70可以设置为多个。所述温度检测器60和所述压力传感器70可以检测所述箱体本体10内不同位置处的实时温度和压力。当所述箱体本体10中的喷发物浓度较高时，所述箱体本体10中的压力会超过其承受力。此时所述箱体安全阀30打开。所述箱体安全阀30将所述喷发物排出。
本实施例中，所述箱体本体10密封形成一个电池模组收纳空间101。所述电池模组收纳空间200用于存放锂离子电池单体。并且所述箱体本体10具有检测面11，所述温度检测器60和所述压力传感器70均间隔设置于所述检测面11。所述锂离子电池检测装置100的所述箱体本体10内可以开展锂离子电池单体或模组热失控试验。当所述锂离子电池单体喷发过程中，所述温度检测器60和所述压力传感器70采集锂离子电池单体或模组包表面、周围或电芯中心的温度、压力等参数，以便于为数值模拟研究提供初始边界条件。当所述锂离子电池单体喷发过程中会产生喷发物，通过所述箱体安全阀30可以将所述喷发物导出。
请参见图2-8，在一个实施例中，所述温度检测器60包括多个第一温度传感器61、多个第二温度传感器62和多个第三温度传感器63。所述检测面11包括第一检测面111和第二检测面112。
所述多个第一温度传感器61设置于所述至少一个检测面11，用于检测所述电池模组200的电芯中心温度。其中，一个电池单体具有一个电芯。所述多个第二温度传感器62设置于所述至少一个检测面11，并与所述多个第一温度传感器61间隔设置，用于所述检测电池模组200中电池单体的表面温度。所述多个第三温度传感器63设置于所述至少一个检测面11，并与所述多个第一温度传感器61和所述多个第二温度传感器62均间隔设置，用于检测所述锂离子电池检测装置100与所述电池模组200之间的环境温度。
具体的，所述第一温度传感器61和所述第二温度传感器62可以采用热电偶。所述热电偶包括探头和延伸线。所述第一温度传感器61的探头内置于电池单体内部，用于检测电池电芯的温度。所述第二温度传感器62的探头置于电池单体表面，用于检测电池单体的表面温度。所述第一温度传感器61和所述第二温度传感器62的延伸线密封于所述检测面11。所述第三温度传感器63可以选用固定螺纹式温度传感器。当所述第三温度传感器63选用固定螺纹式温度传感器时，所述第三温度传感器63的螺柱可以完全封在所述检测面11内。
所述多个第一温度传感器61、所述多个第二温度传感器62和所述多个第三温度传感器63中的一种与所述多个压力传感器70设置于所述第一检测面111。所述多个第一温度传感器61、所述第多个二温度传感器62和所述多个第三温度传感器63中的另外两种设置于所述第二检测面112。
比如，在一个实施例中，所述多个第三温度传感器63与所述多个压力传感器70间隔交替设置于所述第一检测面111，所述多个第一温度传感器61与所述多个第二温度传感器62间隔交替设置于所述第二检测面112。此时，两个相邻的第三温度传感器63、两个相邻的压力传感器70或者一个第三温度传感器63与其相邻的一个压力传感器70之间距离为第一距离。所述第一距离在25mm-55mm范围内。比如所述第一距离可以为27mm、30mm或40mm。两个相邻的第一温度传感器61、两个相邻的第二温度传感器62或者一个第一温度传感器61与其相邻的一个第二温度传感器62之间距离为第二距离，所述第二距离在25mm-45mm范围内。比如所述第二距离可以为30mm或35mm。如图3-图5，当所述多个第一温度传感器61和所述多个第二温度传感器62间隔设置于第二检测面112时，所述多个第一温度传感器61和所述多个第二温度传感器62的安装位置的排布方式可以有多种。
如图6-图8，当所述多个第三温度传感器63和所述多个压力传感器70间隔设置于第一检测面111时，所述多个第三温度传感器63和所述多个压力传感器70的安装位置的排布方式可以有多种。比如，在一个实施例中，所述第一检测面111的中心位置可以安装一个所述第三温度传感器63，在等间隔的交替安装其他的第三温度传感器63和所述多个压力传感器70。
所述电池模组200设置于所述电池模组收纳空间101的中心位置，所述电池模组200的各个壁面中的一个到与其相邻且平行的所述箱体本体10的各壁面13中的一个之间的距离为第三距离，所述第三距离在10mm-50mm范围内，比如所述第三距离为15mm、25mm、35mm或45mm。
本实施例中，所述第一温度传感器61和所述第二温度传感器62的安装位置的排布方式可以参见图3-图5，所述第三温度传感器63和所述压力传感器70的安装位置的排布方式可以参见图6-图8。当所述电池模组200或电池单体发生喷发时，可以通过所述第一温度传感器61、所述第二温度传感器62、所述第三温度传感器63和所述压力传感器70分别采集锂离子电池单体或模组包表面、周围或电芯中心的温度、压力等参数，以便于为数值模拟研究提供初始边界条件。
请参见图9和图10，在一个实施例中，所述锂离子电池检测装置100包括箱体本体10、可视窗口20和箱体安全阀30。其中所述箱体本体10和所述箱体安全阀30与上述实施例中的实施方式相同，此处不再赘述。
所述箱体本体10具有检测面11和可视面12。所述至少一个检测面11和所述可视面12构成所述箱体本体10的壁面13。所述壁面13包围形成所述电池模组收纳空间101。所述可视窗口20可以选用透明、防油污且容易清洗的材料。比如，所述可视窗口20的材料可以为石英玻璃。所述可视窗口20设置于所述可视面12，用于观察所述箱体本体10内的情况。所述可视窗口20的面积占所述可视面12的50％或100％。当所述可视窗口20的面积占所述可视面12的100％时，所述可是窗口20即为所述可视面12。所述箱体本体10的厚度为5mm-15mm。所述箱体本体10的形状为立方体形或圆柱体形。比如，图10中所述箱体本体10的形状为圆柱体。
本实施例中，所述箱体本体10具有检测面11和可视面12，所述检测面11和所述可视面12包围形成所述电池模组收纳空间101。所述检测面11开设有出气口103。所述可视窗口20设置于所述可视面12。所述锂离子电池检测装置100的所述箱体本体10内可以开展锂离子电池单体或模组热失控试验，并通过所述可视窗口20观察所述锂离子电池单体喷发过程中电池包内部是否会出现明火。
请参见图11，在其中一个实施例中，所述锂离子电池检测装置100还包括电缆接头50。
所述电缆接头50包括第一电缆接头51和第二电缆接头52。所述第一电缆接头51设置于所述检测面11。外接加热设备通过所述第一电缆接头51向所述锂离子电池检测装置100内提供热量。所述第二电缆接头52设置于检测面11，并且与所述第一电缆接头51间隔设置。外接电压检测装置通过所述第二电缆接头52检测所述电池模组200的电压。
本实施例中，所述电缆接头50设置于所述检测面11，与所述出气口103间隔设置，并与外接设备电连接。所述电缆接头50用于向所述锂离子电池检测装置100内提供热量以便于开展锂离子电池单体或模组热失控试验或检测所述电池模组200的电压。
请参见图12，在一个实施例中，提供一种锂离子电池系统400。所述锂离子电池系统400包括如上述实施例提供的所述锂离子电池检测装置100和导出装置300。所述导出装置300和所述箱体安全阀30通过管路连接。
如图12所示所述锂离子电池单体上设置有电池单体安全阀201。当所述锂离子电池单体发生电池喷发现象时，所述喷发物冲破所述电池单体安全阀201。所述锂离子电池系统400中的所述锂离子电池单体可以为硬壳锂离子电池，还可以为软包锂离子电池以及方壳锂离子电池。当所述锂离子电池单体为软包电池时，可能不存在所述电池单体安全阀201，此时可以根据所述锂离子电池系统100的空间布局自行设计所述导出装置300的安装位置。所述锂离子电池系统400通过所述箱体安全阀30和所述导出装置300将所述电池模组收纳空间101中的喷发物导出。
本实施例中，所述锂离子电池系统400可以将所述喷发物导出至远离所述锂离子电池单体的高温表面。并且所述锂离子电池系统400可以使得在所述喷发物释放至外界环境中。在喷发物随着所述导出装置300出现气流流动方向改变时，颗粒喷发物由于惯性大于气体喷发物，且由于是固态，故会与所述导出结构40发生碰撞，消耗固体颗粒物的能量。并且，所述颗粒喷发物在重力作用下而沉积到所述导出装置300的底部。同时，气态喷发物由于是气态，在压强的作用下会随所述导出装置300排出外界环境中，从而实现所述喷发物中的高温颗粒物与所述锂离子电池单体可燃混合气的隔绝。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂离子电池检测装置(100)，其特征在于，包括：
箱体本体(10)，密封形成一个电池模组收纳空间(101)，用于收纳电池模组(200)，并且所述箱体本体(10)具有检测面(11)和可视面(12)，所述检测面(11)和所述可视面(12)包围形成所述电池模组收纳空间(101)，所述检测面(11)开设有出气口(103)；
可视窗口(20)，设置于所述可视面(12)，用于观察所述箱体本体(10)内的情况；以及
箱体安全阀(30)，设置于所述出气口(103)。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池检测装置(100)，其特征在于，所述可视窗口(20)的面积占所述可视面(12)的50％或100％。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池检测装置(100)，其特征在于，还包括：
电缆接头(50)，设置于所述检测面(11)，与所述出气口(103)间隔设置，并与外接设备电连接，用于向所述锂离子电池检测装置(100)内提供热量或检测所述电池模组(200)的电压。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池检测装置(100)，其特征在于，所述电缆接头(50)包括：
第一电缆接头(51)，设置于所述检测面(11)，外接设备通过所述第一电缆接头(51)向所述锂离子电池检测装置(100)内提供热量；以及
第二电缆接头(52)，设置于检测面(11)，并且与所述第一电缆接头(51)间隔设置，外接设备通过所述第二电缆接头(52)检测所述电池模组(200)的电压。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池检测装置(100)，其特征在于，还包括：
温度检测器(60)，设置于所述检测面(11)，分别与所述出气口(103)和所述电缆接头(50)间隔设置。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池检测装置(100)，其特征在于，所述温度监测装置(60)包括：
第一温度传感器(61)，设置于所述检测面(11)，用于检测所述电池模组(200)的电芯中心温度；
第二温度传感器(62)，设置于所述检测面(11)，并与所述第一温度传感器(61)间隔设置，用于所述检测电池模组(200)的电池单体表面温度；以及
第三温度传感器(63)，设置于所述检测面(11)，并分别与所述第一温度传感器(61)和所述第二温度传感器(62)间隔设置，用于检测所述锂离子电池检测装置(100)与所述电池模组(200)之间的温度。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池检测装置(100)，其特征在于，还包括：
压力传感器(70)，设置于所述检测面(11)，与所述温度检测器(60)间隔设置，用于检测所述锂离子电池检测装置(100)内的压力。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池检测装置(100),其特征在于，所述箱体本体(10)的厚度为5mm-15mm。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池检测装置(100)，其特征在于，所述箱体本体(10)的形状为立方体形或圆柱体形。
10.一种锂离子电池系统(400)包括：
如权利要求1-9中任一项所述的锂离子电池检测装置(100)；以及
导出装置(300)，与所述箱体安全阀(30)通过管路连接，所述锂离子电池系统(400)通过所述箱体安全阀(30)和所述导出装置(300)将所述电池模组收纳空间(101)中的喷发物导出。
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