CN111864283A - 一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置及方法，装置包括防爆仓体、围挡外壳、锂离子电池组、电加热棒、电加热板及电子秤，防爆仓体内设有温度传感器、导热传感器、烟气传感器及辐射热流计，防爆仓体外设有红外摄像仪。方法为：开展受围挡的由内部热源导致的锂离子电池组热失控及燃烧实验时，组装锂离子电池组并放置电加热棒，启动电加热棒，直至锂离子电池组发生热失控或燃烧，记录实验数据，调整实验参数后重复实验；开展受围挡的由外部热源导致的锂离子电池组热失控及燃烧实验时，组装锂离子电池组且不放置电加热棒，启动电加热板，直至锂离子电池组发生热失控或燃烧，记录实验数据，调整实验参数后重复实验。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池安全测试技术领域，特别是涉及一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置及方法。
背景技术
锂离子电池具有循环寿命长、比能量高、记忆效应小等优点，已被广泛应用于各种电子设备中。但是，由于锂离子电池单体的电压和容量有限，因此在实际应用中需要将若干锂离子电池单体进行串联或并列组装形成锂离子电池组，最后在将锂离子电池组封装在外壳等围挡中作为电源进行使用。
在实际应用锂离子电池组作为电源的设备时，经常出现热滥用的情况，而热滥用则可能导致锂离子电池发生热失控或燃烧，严重时甚至发生爆炸，同时会还会产生有毒有害气体，进而对环境和人体造成危害。
为了测试何种热滥用条件会导致锂离子电池发生热失控或燃烧，便出现了多种多样的热滥用实验设置，但是，当前已有的热滥用实验设置均是直接作用在锂离子电池本体上的，但实际应用的锂离子电池组都是带有外壳等围挡的，因此将热滥用条件直接施加在锂离子电池本体上的实验与真实的热滥用情况不相符，这会造成实验数据的失真。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置及方法，可以模拟多种热滥用条件，尽可能的还原出现实生活中的各种热滥用情况，同时为了模拟锂离子电池的实际应用情况，实验装置中设置了围挡结构，使实验数据更加真实可靠。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，包括防爆仓体、围挡外壳、锂离子电池组、电加热棒、电加热板及电子秤；所述防爆仓体上设有观察窗口，防爆仓体内还配置有用于保持仓内空气流通的通风系统；所述电子秤位于防爆仓体内部且安装在防爆仓体的底板上；所述电加热板采用L型结构，电加热板固定架设在电子秤上，所述围挡外壳放置在电加热板上；所述锂离子电池组封装在围挡外壳内部，在锂离子电池组内设有一个锂离子电池空置区，所述电加热棒位于锂离子电池空置区内。
所述围挡外壳包括电池存储箱和封盖，由电池存储箱和封盖组合构成完整的围挡外壳；所述锂离子电池组位于电池存储箱内部。
在所述围挡外壳的外部、围挡外壳内部的缝隙内、锂离子电池组的锂离子电池缝隙内均安装有温度传感器，温度传感器采用K型铠装热电偶。
在所述锂离子电池组的锂离子电池接触面之间安装有导热传感器。
在所述防爆仓体的观察窗口外侧架设有红外摄像仪，在防爆仓体内部设置有烟气传感器和辐射热流计。
在所述防爆仓体外部设置有计算机、数据采集器和控制器，所述温度传感器、导热传感器、烟气传感器、辐射热流计及电子秤的数据输出端均与数据采集器进行电连接，数据采集器与计算机进行电连接；所述电加热棒和电加热板的控制端与控制器进行电连接，控制器与计算机进行电连接。
一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验方法，采用了所述的受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，包括如下步骤：
①、开展受围挡的由内部热源导致的锂离子电池组热失控及燃烧实验
步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组，同时预留出锂离子电池空置区用于放置电加热棒，然后将组装好的锂离子电池组封装到围挡外壳内部；
步骤二：启动电加热棒，为锂离子电池组的热失控或燃烧提供热源；
步骤三：通过锂离子电池缝隙内的温度传感器测量锂离子电池组内部的温度数据，直到锂离子电池组内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热棒；
步骤四：记录下所有温度传感器测量到的温度数据，确定锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用导热传感器测量锂离子电池之间的导热系数；利用烟气传感器识别锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内生成的气体组分；利用辐射热流计测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳的热辐射；利用红外摄像仪对锂离子电池组发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳表面温度进行记录；利用电子秤测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时的质量损失；
步骤五：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，但需要调整电加热棒的放置位置，然后重复步骤二至步骤四；
步骤六：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，且更换上厚度和热惰性系数不同的围挡外壳来封装锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤五；
步骤七：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤六；
②、开展受围挡的由外部热源导致的锂离子电池组热失控及燃烧实验
步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组，且不用预留锂离子电池空置区来安装电加热棒，然后将组装好的锂离子电池组封装到围挡外壳内部；
步骤二：启动电加热板，为锂离子电池组的热失控或燃烧提供热源；
步骤三：通过锂离子电池缝隙内的温度传感器测量锂离子电池组内部的温度数据，直到锂离子电池组内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热板；
步骤四：记录下所有温度传感器测量到的温度数据，确定锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用导热传感器测量锂离子电池之间的导热系数；利用烟气传感器识别锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内生成的气体组分；利用辐射热流计测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳的热辐射；利用红外摄像仪对锂离子电池组发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳表面温度进行记录；利用电子秤测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时的质量损失；
步骤五：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，但需要调整电加热板的加热位置，然后重复步骤二至步骤四；
步骤六：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，且更换上厚度和热惰性系数不同的围挡外壳来封装锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤五；
步骤七：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤六。
本发明的有益效果：
本发明的受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置及方法，可以模拟多种热滥用条件，尽可能的还原出现实生活中的各种热滥用情况，同时为了模拟锂离子电池的实际应用情况，实验装置中设置了围挡结构，使实验数据更加真实可靠。
附图说明
图1为本发明的一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置的结构示意图；
图2为本发明的放置有锂离子电池组的围挡外壳的结构示意图；
图中，1—防爆仓体，2—围挡外壳，3—锂离子电池组，4—电加热棒，5—电加热板，6—电子秤，7—观察窗口，8—电池存储箱，9—封盖，10—导热传感器，11—红外摄像仪，12—烟气传感器，13—辐射热流计，14—温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、2所示，一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，包括防爆仓体1、围挡外壳2、锂离子电池组3、电加热棒4、电加热板5及电子秤6；所述防爆仓体1上设有观察窗口7，防爆仓体1内还配置有用于保持仓内空气流通的通风系统；所述电子秤6位于防爆仓体1内部且安装在防爆仓体1的底板上；所述电加热板5采用L型结构，电加热板5固定架设在电子秤6上，所述围挡外壳2放置在电加热板5上；所述锂离子电池组3封装在围挡外壳2内部，在锂离子电池组3内设有一个锂离子电池空置区，所述电加热棒4位于锂离子电池空置区内。
所述围挡外壳2包括电池存储箱8和封盖9，由电池存储箱8和封盖9组合构成完整的围挡外壳2；所述锂离子电池组3位于电池存储箱8内部。
在所述围挡外壳2的外部、围挡外壳2内部的缝隙内、锂离子电池组3的锂离子电池缝隙内均安装有温度传感器14，温度传感器14采用K型铠装热电偶。
在所述锂离子电池组3的锂离子电池接触面之间安装有导热传感器10。
在所述防爆仓体1的观察窗口7外侧架设有红外摄像仪11，在防爆仓体1内部设置有烟气传感器12和辐射热流计13。
在所述防爆仓体1外部设置有计算机、数据采集器和控制器，所述温度传感器14、导热传感器10、烟气传感器12、辐射热流计13及电子秤6的数据输出端均与数据采集器进行电连接，数据采集器与计算机进行电连接；所述电加热棒4和电加热板5的控制端与控制器进行电连接，控制器与计算机进行电连接。
一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验方法，采用了所述的受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，包括如下步骤：
①、开展受围挡的由内部热源导致的锂离子电池组热失控及燃烧实验
步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组3，同时预留出锂离子电池空置区用于放置电加热棒4，然后将组装好的锂离子电池组3封装到围挡外壳2内部；
步骤二：启动电加热棒4，为锂离子电池组3的热失控或燃烧提供热源；
步骤三：通过锂离子电池缝隙内的温度传感器14测量锂离子电池组3内部的温度数据，直到锂离子电池组3内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热棒4；
步骤四：记录下所有温度传感器14测量到的温度数据，确定锂离子电池组3发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用导热传感器10测量锂离子电池之间的导热系数；利用烟气传感器12识别锂离子电池组3发生热失控或燃烧时实验装置内生成的CO2、CO、H2和HF等气体组分；利用辐射热流计13测量锂离子电池组3发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳2的热辐射；利用红外摄像仪11对锂离子电池组3发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳2表面温度进行记录；利用电子秤6测量锂离子电池组3发生热失控或燃烧时的质量损失；
步骤五：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组3，但需要调整电加热棒4的放置位置，然后重复步骤二至步骤四；
步骤六：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组3，且更换上厚度和热惰性系数不同的围挡外壳2来封装锂离子电池组3，然后重复步骤二至步骤五；
步骤七：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组3，然后重复步骤二至步骤六；
②、开展受围挡的由外部热源导致的锂离子电池组热失控及燃烧实验
步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组3，且不用预留锂离子电池空置区来安装电加热棒4，然后将组装好的锂离子电池组3封装到围挡外壳2内部；
步骤二：启动电加热板5，为锂离子电池组3的热失控或燃烧提供热源；
步骤三：通过锂离子电池缝隙内的温度传感器14测量锂离子电池组3内部的温度数据，直到锂离子电池组3内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热板5；
步骤四：记录下所有温度传感器14测量到的温度数据，确定锂离子电池组3发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用导热传感器10测量锂离子电池之间的导热系数；利用烟气传感器12识别锂离子电池组3发生热失控或燃烧时实验装置内生成的CO2、CO、H2和HF等气体组分；利用辐射热流计13测量锂离子电池组3发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳2的热辐射；利用红外摄像仪11对锂离子电池组3发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳2表面温度进行记录；利用电子秤6测量锂离子电池组3发生热失控或燃烧时的质量损失；
步骤五：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组3，但需要调整电加热板5的加热位置，然后重复步骤二至步骤四；
步骤六：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组3，且更换上厚度和热惰性系数不同的围挡外壳2来封装锂离子电池组3，然后重复步骤二至步骤五；
步骤七：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组3，然后重复步骤二至步骤六。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (7)
1.一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，其特征在于：包括防爆仓体、围挡外壳、锂离子电池组、电加热棒、电加热板及电子秤；所述防爆仓体上设有观察窗口，防爆仓体内还配置有用于保持仓内空气流通的通风系统；所述电子秤位于防爆仓体内部且安装在防爆仓体的底板上；所述电加热板采用L型结构，电加热板固定架设在电子秤上，所述围挡外壳放置在电加热板上；所述锂离子电池组封装在围挡外壳内部，在锂离子电池组内设有一个锂离子电池空置区，所述电加热棒位于锂离子电池空置区内。
2.根据权利要求1所述的一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，其特征在于：所述围挡外壳包括电池存储箱和封盖，由电池存储箱和封盖组合构成完整的围挡外壳；所述锂离子电池组位于电池存储箱内部。
3.根据权利要求1所述的一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，其特征在于：在所述围挡外壳的外部、围挡外壳内部的缝隙内、锂离子电池组的锂离子电池缝隙内均安装有温度传感器，温度传感器采用K型铠装热电偶。
4.根据权利要求3所述的一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，其特征在于：在所述锂离子电池组的锂离子电池接触面之间安装有导热传感器。
5.根据权利要求4所述的一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，其特征在于：在所述防爆仓体的观察窗口外侧架设有红外摄像仪，在防爆仓体内部设置有烟气传感器和辐射热流计。
6.根据权利要求5所述的一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，其特征在于：在所述防爆仓体外部设置有计算机、数据采集器和控制器，所述温度传感器、导热传感器、烟气传感器、辐射热流计及电子秤的数据输出端均与数据采集器进行电连接，数据采集器与计算机进行电连接；所述电加热棒和电加热板的控制端与控制器进行电连接，控制器与计算机进行电连接。
7.一种受围挡的锂离子电池组热滥用实验方法，采用了权利要求1所述的受围挡的锂离子电池组热滥用实验装置，其特征在于包括如下步骤：
①、开展受围挡的由内部热源导致的锂离子电池组热失控及燃烧实验
步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组，同时预留出锂离子电池空置区用于放置电加热棒，然后将组装好的锂离子电池组封装到围挡外壳内部；
步骤二：启动电加热棒，为锂离子电池组的热失控或燃烧提供热源；
步骤三：通过锂离子电池缝隙内的温度传感器测量锂离子电池组内部的温度数据，直到锂离子电池组内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热棒；
步骤四：记录下所有温度传感器测量到的温度数据，确定锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用导热传感器测量锂离子电池之间的导热系数；利用烟气传感器识别锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内生成的气体组分；利用辐射热流计测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳的热辐射；利用红外摄像仪对锂离子电池组发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳表面温度进行记录；利用电子秤测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时的质量损失；
步骤五：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，但需要调整电加热棒的放置位置，然后重复步骤二至步骤四；
步骤六：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，且更换上厚度和热惰性系数不同的围挡外壳来封装锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤五；
步骤七：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤六；
②、开展受围挡的由外部热源导致的锂离子电池组热失控及燃烧实验
步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组，且不用预留锂离子电池空置区来安装电加热棒，然后将组装好的锂离子电池组封装到围挡外壳内部；
步骤二：启动电加热板，为锂离子电池组的热失控或燃烧提供热源；
步骤三：通过锂离子电池缝隙内的温度传感器测量锂离子电池组内部的温度数据，直到锂离子电池组内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热板；
步骤四：记录下所有温度传感器测量到的温度数据，确定锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用导热传感器测量锂离子电池之间的导热系数；利用烟气传感器识别锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内生成的气体组分；利用辐射热流计测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳的热辐射；利用红外摄像仪对锂离子电池组发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳表面温度进行记录；利用电子秤测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时的质量损失；
步骤五：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，但需要调整电加热板的加热位置，然后重复步骤二至步骤四；
步骤六：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，且更换上厚度和热惰性系数不同的围挡外壳来封装锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤五；
步骤七：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤六。
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