CN110687456A - 一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统及实验步骤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统及实验步骤，包括离心式风机、防爆箱、无纸记录仪、连续气体检测仪、电脑和摄像机，离心式风机的出风口与防爆箱的其中一端之间连接有进风筒，防爆箱内部的上表面固定安装有固定柱，固定柱上均安装有温度探测头，防爆箱的内部的下表面嵌入有绝缘板，绝缘板上放置有电子天平秤和拍照式三维扫描仪，电子天平秤上方所对应的防爆箱的内顶面安装有红外扫描仪，电子天平秤摆放有锂电池组，防爆箱上远离进风筒的一端连接有出风筒，出风筒的另一端连接有第三球阀，第三球阀的另一端连接有铝箔排气管。本发明能够用于锂电池组产生外短路并产生热失控的实验的模拟，即有利于进行推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池应用技术领域，尤其涉及一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统及实验步骤。
背景技术
近些年来，锂电池技术的发展使得新能源汽车得以迅速普及使用，但是新能源汽车在碰撞事故等条件下会导致锂电池短路，导致电池发生热失控进而燃烧爆炸，为防止锂电池热失控发生需要事先掌握锂电池的热失控变化特征，因此需要对锂电池的安全性进行测试。
锂电池短路是热失控的一种主要形式，其中该过程分为内短路和外短路两类，内短路通常是由于锂电池设计或加工制造缺陷导致，然而当前对于内短路的测试实验较多而对外短路的研究较少，且缺少用于对锂电池进行外短路研究的实验设备。为此，我们提出了一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统及实验步骤。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统及实验步骤。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统，包括离心式风机、防爆箱、无纸记录仪、连续气体检测仪、电脑和摄像机，所述无纸记录仪、连续气体检测仪、电脑和摄像机均设在防爆箱外部，所述无纸记录仪、连续气体检测仪和摄像机均通过信号线与电脑进行连接，所述离心式风机的出风口与防爆箱的其中一端之间连接有进风筒，所述防爆箱内部的上表面固定安装有固定柱，所述固定柱上均安装有温度探测头，所述无纸记录仪通过导线与温度探测头相连接，所述防爆箱的内部的下表面嵌入有绝缘板，所述绝缘板上放置有电子天平秤和拍照式三维扫描仪，所述电子天平秤上方所对应的防爆箱的内顶面安装有红外扫描仪，所述红外扫描仪通过信号线与电脑进行连接，所述电子天平秤摆放有锂电池组，所述防爆箱上远离进风筒的一端连接有出风筒，所述出风筒上安装有气体取样管和风速传感器，所述出风筒的另一端连接有第三球阀，所述第三球阀的另一端连接有铝箔排气管，所述气体取样管和风速传感器均连接至连续气体检测仪，所述防爆箱与进风筒所连接的箱体的下方设有连接口，所述连接口外接有真空泵。
优选的，所述离心式风机的出风口与进风筒之间安装有第一球阀。
优选的，所述防爆箱的箱体上安装有负压真空表。
优选的，所述防爆箱箱体的上表面安设有若干与防爆箱内部相连通的第二球阀。
优选的，所述防爆箱后侧设有可开合的密封门，所述防爆箱的前侧设有安设有防爆玻璃，所述摄像机设在防爆玻璃的前侧，且所述摄像机的摄像头朝向电子天平秤。
优选的，所述离心式风机连接有变频控制器。
一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统的实验步骤，包括如下步骤：
S1：检查气密性：将所述第二球阀、第一球阀及第三球阀进行关闭，开启所述真空泵并观察负压真空表，待所述防爆箱内为真空状态时，关闭真所述空泵并观察负压真空表的变化，待所述压真空表读数不产生变化的情况下，说明当所述第二球阀、第一球阀及第三球阀关闭时，防爆箱能够处于密闭状态；
S2：实验操作
实验操作一：
关闭所述第三球阀及离心式风机，让所述锂电池组短路状态，通过所述无纸记录仪记录模拟实验过程中防爆箱内温度场的变化，所述摄像机记录整个模拟实验过程，所述红外扫描仪实时记录锂电池组短路过程中的温度变化，所述电子天平秤记录锂电池组短路过程中的质量变化，所述连续气体检测系统观察记录锂电池组短路过程中的气体成分，所述拍照式三维扫描仪监测分析锂电池组的体积变化；进一步的在所述锂电池组短路爆炸结束以后观察防爆箱内温度不再变化，且观察所述连续气体检测仪在气体成分及浓度稳定不变化后，开启所述密封门清除防爆箱内残余的锂电池组的废弃物，调零所述电子天平秤，再并记录实验过程及数据；再进一步的重新放入所述锂电池组，通过所述变频控制器改变离心式风机的挡位，实现对所述防爆箱内的风量进行控制变化，进而来模拟不同风速条件下所述锂电池组的外短路及诱发热失控的特性；
实验操作二
打开所述离心式风机和防爆箱上方的第二球阀，将泡沫灭火剂与所述第二球阀相连接，伴随着实验系统的运行，所述锂电池组处于短路状态下，所述无纸记录仪记录模拟实验过程中防爆箱内温度场的变化，所述摄像机记录整个模拟实验过程，所述红外扫描仪实时记录锂电池组短路过程中的温度变化，所述电子天平秤记录锂电池组短路过程中的质量变化，所述连续气体检测系统观察记录锂电池组短路过程中的气体成分，所述拍照式三维扫描仪监测分析锂电池组的体积变化；进一步的在所述锂电池组短路后自燃时，将泡沫灭火剂通过所述第二球阀喷洒至锂电池组并记录喷洒时间及喷洒量，燃烧的所述锂电池组熄灭后观察所述连续气体检测仪在气体成分及浓度稳定不变化后，开启所述密封门清除防爆箱内残余的锂电池组的废弃物，并记录实验过程及数据；再进一步的调零天平秤，重新放入所述锂电池组，并在保证其他实验条件不发生改变的情况下，分别再使用细水雾、低温氮气来扑灭短路自燃的所述锂电池组，并对实验过程及数据，进而得出各个灭火材料对短路的所述锂电池组的熄灭效率。
本发明提出的一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统，有益效果在于：本方案中整个实验系统在进行锂电池外短路诱发热失控实验的过程中，在使电子天平秤上放置的锂电池组产生外短路并产生热失控的情况下，通过无纸记录仪以及无纸记录仪连接的温度探测头，能够实现对防爆箱内的温度进行实时的检测；通过红外扫描仪能够实现对锂电池组的温度的检测；通过电子天平秤和摄像机的使用能够实现对锂电池组的温度进行称量并记录，且能够对锂电池组的物理变化及防爆箱内的环境变化进行检测；通过拍照式三维扫描仪能够对锂电池组的体积变化进行精准的记录；通过连续气体检测仪、气体取样管和风速传感器能够对锂电池组在热失控的情况下所产生的气体进行检测记录，且在锂电池组产生外短路并产生热失控过程中所记录及检测的数据均会保存在电脑内，根据电脑内记录的信息结合电脑对信息的处理，使得整个试验系统可实现对锂电池组产生外短路并产生热失控的特征进行了解和掌握，进而有利于用于锂电池组产生外短路并产生热失控的实验的模拟，即有利于进行推广使用。
附图说明
图1为本发明提出的一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统的结构示意图。
图中：离心式风机1、变频控制器2、进风筒3、负压真空表4、第二球阀5、防爆玻璃6、连接口7、拍照式三维扫描仪8、第一球阀9、电脑10、防爆箱11、固定柱12、温度探测头13、绝缘板14、红外扫描仪15、锂电池组16、无纸记录仪17、电子天平秤18、气体取样管19、出风筒20、第三球阀21、铝箔排气管22、连续气体检测仪23、摄像机24、风速传感器25、真空泵26、密封门27。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1，一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统，包括离心式风机1、防爆箱11、无纸记录仪17、连续气体检测仪23、电脑10和摄像机24，无纸记录仪17、连续气体检测仪23、电脑10和摄像机24均设在防爆箱11外部，无纸记录仪17、连续气体检测仪23和摄像机24均通过信号线与电脑10进行连接。
离心式风机1的出风口与防爆箱11的其中一端之间连接有进风筒3，离心式风机1的出风口与进风筒3之间安装有第一球阀9，防爆箱11内部的上表面固定安装有固定柱12，固定柱12上均安装有温度探测头13，无纸记录仪17通过导线与温度探测头13相连接，防爆箱11的内部的下表面嵌入有绝缘板14，绝缘板14上放置有电子天平秤18和拍照式三维扫描仪8，电子天平秤18上方所对应的防爆箱11的内顶面安装有红外扫描仪15，红外扫描仪15通过信号线与电脑10进行连接，电子天平秤18摆放有锂电池组16，防爆箱11上远离进风筒的一端连接有出风筒20，出风筒20上安装有气体取样管19和风速传感器25，出风筒20的另一端连接有第三球阀21，第三球阀21的另一端连接有铝箔排气管22，气体取样管19和风速传感器25均连接至连续气体检测仪23。
防爆箱11与进风筒3所连接的箱体的下方设有连接口7，连接口7外接有真空泵26，通过真空泵26可对防爆箱11内进行抽真空处理，防爆箱11的箱体上安装有负压真空表4，在第二球阀5和第三球阀21关闭的情况下，根据负压真空表4的读数，可对防爆箱11的气密性进行检查，在确保防爆箱11为密闭的状态下，能够实现防密闭环境下对锂电池组16产生外短路并产生热失控过程所进行的实验。
防爆箱11箱体的上表面安设有若干与防爆箱11内部相连通的第二球阀5，在锂电池组16产生外短路并产生热失控过程中，可打开第二球阀5向防爆箱11喷入灭火物质，从而可实现锂电池组16产生外短路并产生热失控过程中的灭火实验。
防爆箱11后侧设有可开合的密封门27，防爆箱11的前侧设有安设有防爆玻璃6，摄像机24设在防爆玻璃6的前侧，且摄像机24的摄像头朝向电子天平秤18，摄像机24能够记录锂电池组16产生外短路并产生热失控过程中的质量的记录。
离心式风机1连接有变频控制器2，变频控制器2可控制离心式风机1向防爆箱11内鼓吹的风量，从而在锂电池组16产生外短路并产生热失控过程中，进行风量的大小对锂电池组16产生外短路并产生热失控过程的影响实验。
综上，本发明中整个实验系统在进行锂电池外短路诱发热失控实验的过程中，在使电子天平秤18上放置的锂电池组16产生外短路并产生热失控的情况下，通过无纸记录仪17以及无纸记录仪17连接的温度探测头13，能够实现对防爆箱11内的温度进行实时的检测；通过红外扫描仪15能够实现对锂电池组16的温度的检测；通过电子天平秤18和摄像机24的使用能够实现对锂电池组16的温度进行称量并记录，且能够对锂电池组16的物理变化及防爆箱11内的环境变化进行检测；通过拍照式三维扫描仪8能够对锂电池组16的体积变化进行精准的记录；通过连续气体检测仪23、气体取样管19和风速传感器25能够对锂电池组16在热失控的情况下所产生的气体进行检测记录，且在锂电池组16产生外短路并产生热失控过程中所记录及检测的数据均会保存在电脑24内，根据电脑内记录的信息结合电脑对信息的处理，使得整个试验系统可实现对锂电池组16产生外短路并产生热失控的特征进行了解和掌握，进而有利于用于锂电池组16产生外短路并产生热失控的实验的模拟，即有利于进行推广使用。
一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统的实验步骤，包括如下步骤：
S1：检查气密性：
将第二球阀5、第一球阀9及第三球阀21进行关闭，开启真空泵26并观察负压真空表4，待防爆箱11内为真空状态时，关闭真空泵26并观察负压真空表4的变化，待压真空表4读数不产生变化的情况下，说明当第二球阀5、第一球阀9及第三球阀21关闭时，防爆箱11能够处于密闭状态；
S2：实验操作
实验操作一：
关闭第三球阀21及离心式风机1，让锂电池组16短路状态，通过无纸记录仪17记录模拟实验过程中防爆箱11内温度场的变化，摄像机24记录整个模拟实验过程，红外扫描仪15实时记录锂电池组16短路过程中的温度变化，电子天平秤18记录锂电池组16短路过程中的质量变化，连续气体检测系统23观察记录锂电池组16短路过程中的气体成分，拍照式三维扫描仪8监测分析锂电池组16的体积变化；进一步的在锂电池组16短路爆炸结束以后观察防爆箱11内温度不再变化，且观察连续气体检测仪23在气体成分及浓度稳定不变化后，开启密封门27清除防爆箱11内残余的锂电池组16的废弃物，调零电子天平秤16，再并记录实验过程及数据；再进一步的重新放入锂电池组16，通过变频控制器2改变离心式风机1的挡位，实现对防爆箱11内的风量进行控制变化，进而来模拟不同风速条件下锂电池组16的外短路及诱发热失控的特性；
实验操作二
打开离心式风机1和防爆箱11上方的第二球阀5，将泡沫灭火剂与第二球阀5相连接，伴随着实验系统的运行，锂电池组16处于短路状态下，无纸记录仪17记录模拟实验过程中防爆箱11内温度场的变化，摄像机24记录整个模拟实验过程，红外扫描仪15实时记录锂电池组16短路过程中的温度变化，电子天平秤18记录锂电池组16短路过程中的质量变化，连续气体检测系统23观察记录锂电池组16短路过程中的气体成分，拍照式三维扫描仪8监测分析锂电池组16的体积变化；进一步的在锂电池组16短路后自燃时，将泡沫灭火剂通过第二球阀5喷洒至锂电池组16并记录喷洒时间及喷洒量，燃烧的锂电池组16熄灭后观察连续气体检测仪23在气体成分及浓度稳定不变化后，开启密封门27清除防爆箱11内残余的锂电池组16的废弃物，并记录实验过程及数据；再进一步的调零天平秤，重新放入锂电池组16，并在保证其他实验条件不发生改变的情况下，分别再使用细水雾、低温氮气来扑灭短路自燃的锂电池组16，并对实验过程及数据，进而得出各个灭火材料对短路的锂电池组16的熄灭效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统，包括离心式风机(1)、防爆箱(11)、无纸记录仪(17)、连续气体检测仪(23)、电脑(10)和摄像机(24)，所述无纸记录仪(17)、连续气体检测仪(23)、电脑(10)和摄像机(24)均设在防爆箱(11)外部，所述无纸记录仪(17)、连续气体检测仪(23)和摄像机(24)均通过信号线与电脑(10)进行连接，其特征在于，所述离心式风机(1)的出风口与防爆箱(11)的其中一端之间连接有进风筒(3)，所述防爆箱(11)内部的上表面固定安装有固定柱(12)，所述固定柱(12)上均安装有温度探测头(13)，所述无纸记录仪(17)通过导线与温度探测头(13)相连接，所述防爆箱(11)的内部的下表面嵌入有绝缘板(14)，所述绝缘板(14)上放置有电子天平秤(18)和拍照式三维扫描仪(8)，所述电子天平秤(18)上方所对应的防爆箱(11)的内顶面安装有红外扫描仪(15)，所述红外扫描仪(15)通过信号线与电脑(10)进行连接，所述电子天平秤(18)摆放有锂电池组(16)，所述防爆箱(11)上远离进风筒的一端连接有出风筒(20)，所述出风筒(20)上安装有气体取样管(19)和风速传感器(25)，所述出风筒(20)的另一端连接有第三球阀(21)，所述第三球阀(21)的另一端连接有铝箔排气管(22)，所述气体取样管(19)和风速传感器(25)均连接至连续气体检测仪(23)，所述防爆箱(11)与进风筒(3)所连接的箱体的下方设有连接口(7)，所述连接口(7)外接有真空泵(26)。
2.根据权利要求1所述的一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统，其特征在于，所述离心式风机(1)的出风口与进风筒(3)之间安装有第一球阀(9)。
3.根据权利要求1所述的一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统，其特征在于，所述防爆箱(11)的箱体上安装有负压真空表(4)。
4.根据权利要求1所述的一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统，其特征在于，所述防爆箱(11)箱体的上表面安设有若干与防爆箱(11)内部相连通的第二球阀(5)。
5.根据权利要求1所述的一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统，其特征在于，所述防爆箱(11)后侧设有可开合的密封门(27)，所述防爆箱(11)的前侧设有安设有防爆玻璃(6)，所述摄像机(24)设在防爆玻璃(6)的前侧，且所述摄像机(24)的摄像头朝向电子天平秤(18)。
6.根据权利要求1所述的一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统，其特征在于，所述离心式风机(1)连接有变频控制器(2)。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统的实验步骤，其特征在于，包括如下步骤：
S1：检查气密性：
将所述第二球阀(5)、第一球阀(9)及第三球阀(21)进行关闭，开启所述真空泵(26)并观察负压真空表(4)，待所述防爆箱(11)内为真空状态时，关闭真所述空泵(26)并观察负压真空表(4)的变化，待所述压真空表(4)读数不产生变化的情况下，说明当所述第二球阀(5)、第一球阀(9)及第三球阀(21)关闭时，防爆箱(11)能够处于密闭状态；
S2：实验操作
实验操作一：
关闭所述第三球阀(21)及离心式风机(1)，让所述锂电池组(16)短路状态，通过所述无纸记录仪(17)记录模拟实验过程中防爆箱(11)内温度场的变化，所述摄像机(24)记录整个模拟实验过程，所述红外扫描仪(15)实时记录锂电池组(16)短路过程中的温度变化，所述电子天平秤(18)记录锂电池组(16)短路过程中的质量变化，所述连续气体检测系统(23)观察记录锂电池组(16)短路过程中的气体成分，所述拍照式三维扫描仪(8)监测分析锂电池组(16)的体积变化；进一步的在所述锂电池组(16)短路爆炸结束以后观察防爆箱(11)内温度不再变化，且观察所述连续气体检测仪(23)在气体成分及浓度稳定不变化后，开启所述密封门(27)清除防爆箱(11)内残余的锂电池组(16)的废弃物，调零所述电子天平秤(16)，再并记录实验过程及数据；再进一步的重新放入所述锂电池组(16)，通过所述变频控制器(2)改变离心式风机(1)的挡位，实现对所述防爆箱(11)内的风量进行控制变化，进而来模拟不同风速条件下所述锂电池组(16)的外短路及诱发热失控的特性；
实验操作二
打开所述离心式风机(1)和防爆箱(11)上方的第二球阀(5)，将泡沫灭火剂与所述第二球阀(5)相连接，伴随着实验系统的运行，所述锂电池组(16)处于短路状态下，所述无纸记录仪(17)记录模拟实验过程中防爆箱(11)内温度场的变化，所述摄像机(24)记录整个模拟实验过程，所述红外扫描仪(15)实时记录锂电池组(16)短路过程中的温度变化，所述电子天平秤(18)记录锂电池组(16)短路过程中的质量变化，所述连续气体检测系统(23)观察记录锂电池组(16)短路过程中的气体成分，所述拍照式三维扫描仪(8)监测分析锂电池组(16)的体积变化；进一步的在所述锂电池组(16)短路后自燃时，将泡沫灭火剂通过所述第二球阀(5)喷洒至锂电池组(16)并记录喷洒时间及喷洒量，燃烧的所述锂电池组(16)熄灭后观察所述连续气体检测仪(23)在气体成分及浓度稳定不变化后，开启所述密封门(27)清除防爆箱(11)内残余的锂电池组(16)的废弃物，并记录实验过程及数据；再进一步的调零天平秤，重新放入所述锂电池组(16)，并在保证其他实验条件不发生改变的情况下，分别再使用细水雾、低温氮气来扑灭短路自燃的所述锂电池组(16)，并对实验过程及数据，进而得出各个灭火材料对短路的所述锂电池组(16)的熄灭效率。
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