CN111239612A - 一种用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，包括实验舱、实验架台和加热器，所述实验架台固定在实验舱内，该实验架台包括上盖板和下底板，所述上盖板内开设有呈阵列分布的电池孔，所述上盖板的下侧面相对于电池孔的位置上同轴固定有呈阵列的上垫圈，所述下底板的上侧面固定有呈阵列分布的下垫圈，所述上垫圈与下垫圈相对设置，所述电池阵列被夹持固定在上垫圈与下垫圈之间，所述加热器贴合在电池阵列一角位置的电池或是一边中点位置的电池，以对整个电池阵列进行加热。本发明的用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，通过上垫圈和下垫圈的设置，便可有效的实现夹持固定电池阵列，实现对电池阵列的实验了。

Description

一种用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台

技术领域

本发明涉及一种实验平台，更具体的说是涉及一种用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台。

背景技术

据悉，随着锂离子电池生产研发技术的不断突破，新一代高能量密度的21700型锂离子电池将逐渐取代老款的18650型锂离子电池，并作为动力来源开始广泛应用于特斯拉等品牌的电动汽车。但21700型锂离子电池仍然具有热不稳定性。而且，由于21700型锂离子电池的能量密度较18650电池又有大幅提高，因此与186500锂电池一样，容易受到内外因素作用发生热失控，起火燃爆，严重威胁到民众的生命和财产。

为研究21700型锂离子电池模组中单个锂电池由于内部短路而发生热失控后对模组中周围其他锂电池的影响，即研究21700型锂离子电池模组的热失控燃爆特性和多电池排列组合之间的热传播机理，需要开展多种不同排列组合方式的锂离子电池热失控特性实验.

目前，大多数的锂离子电池热失控实验研究是针对单个锂电池，采用外部电加热的方式，使之发生热失控，而未对多电池的锂离子电池模组的热失控进行过相关实验研究。

现有的锂离子电池热失控实验平台无法满足多电池组合排列的实验需求。锂电池在实际使用过程中是按A×B竖直并排的方式进行排列，而上述的实验平台无法进行各种不同模块化的电池排列。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，满足模块化的多电池组合排列的实验需求，模拟实际应用过程中21700型锂电池模组的形态，有助于开展多种锂离子电池模组之间热失控燃爆特性和热传播机理的实验研究的用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，包括实验舱、实验架台和加热器，所述实验架台固定在实验舱内，该实验架台包括上盖板和下底板，所述上盖板内开设有呈阵列分布的电池孔，所述上盖板的下侧面相对于电池孔的位置上同轴固定有呈阵列的上垫圈，所述下底板的上侧面固定有呈阵列分布的下垫圈，所述上垫圈与下垫圈相对设置，所述电池阵列被夹持固定在上垫圈与下垫圈之间，所述加热器贴合在电池阵列一角位置的电池或是一边中点位置的电池，以对整个电池阵列进行加热。

作为本发明的进一步改进，所述加热器包括均呈长条状的陶瓷模具和加热片，所述陶瓷模具的一侧开设有弧形面，该弧形面靠近其上下两端的位置上分别设有正极接点和负极接点，所述加热片弯曲呈弧形长条片状，以贴合固定到弧形面上，当加热器贴合在电池阵列上时，加热片贴合到电池侧面上。

作为本发明的进一步改进，所述上垫圈和下垫圈相对于电池阵列一角的位置和一边中点的位置上分别设有夹持垫，所述夹持垫的形状与陶瓷模具的断面形状相同，以相互配合夹持陶瓷模具。

作为本发明的进一步改进，所述实验舱包括舱体和舱门，所述舱体一侧打开设置，所述舱门的一侧边铰接在舱体的开口边上，所述舱体左右两侧的内侧壁上固定有相对设置的U型卡条，所述上盖板的上侧面与U型卡条上边的内壁相抵触，所述下底板的下侧面与U型卡条下边的内壁相抵触，所述舱门内侧面上设有两块挡块，当舱门翻转关住舱体时，挡块嵌入到U型卡条的开口内，并与上盖板和下底板的侧边相抵。

作为本发明的进一步改进，所述舱体的左右两侧和舱门上均开设有供人观察的观察窗。

作为本发明的进一步改进，所述上盖板和下底板靠近其四角的位置上均开设有连接孔，所述连接孔内穿设有支撑螺杆，所述支撑螺杆的上下两端分别同轴固定有丝杆，两根所述丝杆分别向上穿出上盖板和向下穿出下底板后套设有螺母，所述丝杆的直径等于连接孔的孔径小于支撑螺杆的直径。

作为本发明的进一步改进，所述舱门背向与舱体铰接点的一侧设有固定片，所述舱体开口出背向铰接点的一侧设有锁定手轮，该锁定手轮中心的位置上同轴固定有锁杆，该锁杆与舱体螺纹连接。

本发明的有益效果，本实验平台由密封实验舱、实验架台和加热器组成。钢制的密封实验舱保证了锂电池燃爆实验的安全，同时可以模拟汽车锂电池模组真实的封闭工况，提高实验的科学性和准确性；实验架台的设计充分考虑了多种电池排列组合的实验需要，可根据不同的实验设定调整电池排布，有助于研究不同排列组合时锂电池热传播和热失控的规律；加热器采用嵌套加热片和陶瓷夹套的组合较大程度上做到了给锂电池均匀加热，使电池精确热失控；此外，该实验平台预留了观察窗口和许多测量仪器接口，便于观察实验现象和测量实验数据。

附图说明

图1为本发明的用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台的整体结构图；

图2为图1中的实验架台的整体结构图；

图3为图2中上盖板的整体结构图；

图4为图2中下底板的整体结构图；

图5图1中的实验舱的整体结构图；

图6为图1中的加热器的整体结构图。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

参照图1至6所示，本实施例的一种用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，包括实验舱1、实验架台2和加热器3，所述实验架台2固定在实验舱1内，该实验架台2包括上盖板21和下底板22，所述上盖板21内开设有呈阵列分布的电池孔211，所述上盖板21的下侧面相对于电池孔211的位置上同轴固定有呈阵列的上垫圈212，所述下底板22的上侧面固定有呈阵列分布的下垫圈221，所述上垫圈212与下垫圈221相对设置，所述电池阵列被夹持固定在上垫圈212与下垫圈221之间，所述加热器3贴合在电池阵列一角位置的电池或是一边中点位置的电池，以对整个电池阵列进行加热，在实验开始前首先进行舱外锂电池排列布置工作，假设实验方案预先的设定此次实验需要完成5×5排列模组锂电池的热失控特性研究实验，就可在下底板22的下垫圈221内依次安置25颗21700型锂离子电池。根据该锂电池固定装置的设计，可开展包括5×5、4×4、3×3、2×2等多种排列组合。紧接着是布置加热器3，加热器3的外形尺寸完全是根据21700型锂电池的尺寸所设计，加热时可以与电池紧密贴合，实现均匀加热。在上盖板21和下底板22上均设置了两处加热器3的固定位置，可以根据实验需要调整加热器3的位置，实现电池模块中不同位置单电池的加热，研究发生热失控之后热失控电池对周围其他电池的影响规律。由于考虑到21700型锂电池在热失控时发生燃爆的部位是在电池的顶部，因此将上顶板21设计成镂空形状开设出相应的电池孔211。在电池模组被上盖板21和下底板22固定之后，将其整合成一个电池模组。

在完成上述布置后，将整个电池模组移入实验舱1内。该钢制实验舱1内部尺寸为长240㎜×宽190㎜×高240㎜。在实验舱1的中部设计了用于放置电池模组的支撑固定横梁，距离底部和顶部都是46㎜，使得电池模组处于上下悬空的实验状态。之后，可以布置实验的测量和探测仪器设备，包括热电偶，烟气分析仪和摄像头等。然后只需关闭实验舱1。接着只需接通加热器3电源，开始加热，进行实验。

作为改进的一种具体实施方式，所述加热器3包括均呈长条状的陶瓷模具31和加热片32，所述陶瓷模具31的一侧开设有弧形面，该弧形面靠近其上下两端的位置上分别设有正极接点和负极接点，所述加热片32弯曲呈弧形长条片状，以贴合固定到弧形面上，当加热器3贴合在电池阵列上时，加热片32贴合到电池侧面上，加热器3由内嵌弧形加热片32和外套陶瓷模具31组成，加热器3的外形尺寸完全是根据21700型锂电池的尺寸所设计，加热片32的材质为镍铬，加热片32的内径为21㎜与电池的外径相同，加热时可以与电池紧密贴合，实现均匀加热。

作为改进的一种具体实施方式，所述上垫圈212和下垫圈221相对于电池阵列一角的位置和一边中点的位置上分别设有夹持垫4，所述夹持垫4的形状与陶瓷模具31的断面形状相同，以相互配合夹持陶瓷模具31，通过上述结构的设置，便可有效的构成固定陶瓷模具31的结构，使得陶瓷模具31能够更好的被固定了。

作为改进的一种具体实施方式，所述实验舱1包括舱体11和舱门12，所述舱体11一侧打开设置，所述舱门12的一侧边铰接在舱体11的开口边上，所述舱体11左右两侧的内侧壁上固定有相对设置的U型卡条111，所述上盖板21的上侧面与U型卡条111上边的内壁相抵触，所述下底板22的下侧面与U型卡条111下边的内壁相抵触，所述舱门12内侧面上设有两块挡块121，当舱门12翻转关住舱体11时，挡块121嵌入到U型卡条111的开口内，并与上盖板21和下底板22的侧边相抵，利用U型卡条111的设置，便可构成支撑固定横梁结构，并且还能够与挡块121配合构成封闭固定上盖板21和下底板22的结构，避免试验过程中因为上盖板21和下底板22移位导致出现问题。

作为改进的一种具体实施方式，所述舱体11的左右两侧和舱门12上均开设有供人观察的观察窗，该观察窗可提供实验观察途径。

作为改进的一种具体实施方式，所述上盖板21和下底板22靠近其四角的位置上均开设有连接孔23，所述连接孔23内穿设有支撑螺杆24，所述支撑螺杆24的上下两端分别同轴固定有丝杆，两根所述丝杆分别向上穿出上盖板21和向下穿出下底板22后套设有螺母，所述丝杆的直径等于连接孔23的孔径小于支撑螺杆24的直径，如此便可简单有效的实现将上盖板21、电池阵列以及下底板22整合成一个电池模组。

作为改进的一种具体实施方式，所述舱门12背向与舱体11铰接点的一侧设有固定片122，所述舱体11开口出背向铰接点的一侧设有锁定手轮112，该锁定手轮112中心的位置上同轴固定有锁杆，该锁杆与舱体11螺纹连接，关闭舱门12时，通过转动上下两个手轮112旋紧闭合舱门12，整体结构简单，容易实现。

综上所述，本实施例的实验平台，利用上盖板21和下底板22以及加热器3的配合作用，可实现电池阵列的热失控实验了。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，其特征在于：包括实验舱（1）、实验架台（2）和加热器（3），所述实验架台（2）固定在实验舱（1）内，该实验架台（2）包括上盖板（21）和下底板（22），所述上盖板（21）内开设有呈阵列分布的电池孔（211），所述上盖板（21）的下侧面相对于电池孔（211）的位置上同轴固定有呈阵列的上垫圈（212），所述下底板（22）的上侧面固定有呈阵列分布的下垫圈（221），所述上垫圈（212）与下垫圈（221）相对设置，所述电池阵列被夹持固定在上垫圈（212）与下垫圈（221）之间，所述加热器（3）贴合在电池阵列一角位置的电池或是一边中点位置的电池，以对整个电池阵列进行加热。

2.根据权利要求1所述的用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，其特征在于：所述加热器（3）包括均呈长条状的陶瓷模具（31）和加热片（32），所述陶瓷模具（31）的一侧开设有弧形面，该弧形面靠近其上下两端的位置上分别设有正极接点和负极接点，所述加热片（32）弯曲呈弧形长条片状，以贴合固定到弧形面上，当加热器（3）贴合在电池阵列上时，加热片（32）贴合到电池侧面上。

3.根据权利要求2所述的用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，其特征在于：所述上垫圈（212）和下垫圈（221）相对于电池阵列一角的位置和一边中点的位置上分别设有夹持垫（4），所述夹持垫（4）的形状与陶瓷模具（31）的断面形状相同，以相互配合夹持陶瓷模具（31）。

4.根据权利要求3所述的用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，其特征在于：所述实验舱（1）包括舱体（11）和舱门（12），所述舱体（11）一侧打开设置，所述舱门（12）的一侧边铰接在舱体（11）的开口边上，所述舱体（11）左右两侧的内侧壁上固定有相对设置的U型卡条（111），所述上盖板（21）的上侧面与U型卡条（111）上边的内壁相抵触，所述下底板（22）的下侧面与U型卡条（111）下边的内壁相抵触，所述舱门（12）内侧面上设有两块挡块（121），当舱门（12）翻转关住舱体（11）时，挡块（121）嵌入到U型卡条（111）的开口内，并与上盖板（21）和下底板（22）的侧边相抵。

5.根据权利要求4所述的用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，其特征在于：所述舱体（11）的左右两侧和舱门（12）上均开设有供人观察的观察窗。

6.根据权利要求5所述的用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，其特征在于：所述上盖板（21）和下底板（22）靠近其四角的位置上均开设有连接孔（23），所述连接孔（23）内穿设有支撑螺杆（24），所述支撑螺杆（24）的上下两端分别同轴固定有丝杆，两根所述丝杆分别向上穿出上盖板（21）和向下穿出下底板（22）后套设有螺母，所述丝杆的直径等于连接孔（23）的孔径小于支撑螺杆（24）的直径。

7.根据权利要求6所述的用于21700型锂电池热失控研究的多功能实验平台，其特征在于：所述舱门（12）背向与舱体（11）铰接点的一侧设有固定片（122），所述舱体（11）开口出背向铰接点的一侧设有锁定手轮（112），该锁定手轮（112）中心的位置上同轴固定有锁杆，该锁杆与舱体（11）螺纹连接。

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