CN112698228B - 动力锂电池外短路热失控模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池火灾安全实验设备开发技术领域，公开一种动力锂电池外短路热失控模拟装置，以辅助开展锂电池外短路试验研究，并为针对性开发锂电池外短路火灾防治提供便利。装置包括：铜排、螺栓、动力锂离子电池、钢夹、氮气瓶、输气管和气动阀；所述铜排用于连接锂电池正负极，形成电回路；所述螺栓用于连接和固定相交铜排；所述钢夹用于固定电池正负极极耳之间连接的铜排；所述氮气瓶用于给所述气动阀提供动力；所述输气管用于将所述氮气瓶与所述气动阀连接起来，输出高压气体；所述气动阀安装在所述铜排上，用于在高压气体作用下，将上下两块铜排压接严实，实现整个电路回路连通并避免因温度过高烧坏连接处。

Description

动力锂电池外短路热失控模拟装置

技术领域

本发明涉及锂电池火灾安全实验设备开发技术领域，尤其涉及一种动力锂电池外短路热失控模拟装置。

背景技术

锂离子电池商业化应用以来，技术不断进步，目前已经广泛应用于电动汽车、储能、电子信息等领域，极大地促进了人类社会的发展。目前电动汽车已成为我国重点培育的战略性新兴产业。常用作于动力电池的包括铅酸电池、镍氢电池及锂离子电池。随着锂离子电池使用性能的提高与改良，电动汽车大量采用锂电池作为动力源将成为一个趋势。然而，在电动汽车的应用推广过程中，频繁报出不同形式的锂电池爆炸起火事件，严重威胁电动汽车使用人员的人身安全，引发了人们对锂离子动力电池使用安全的担忧。

在众多引起锂电池起火的原因中，外部短路造成的电池故障尤为严重。例如当新能源汽车发生碰撞或者是电池运输过程中产生颠簸，容易引起外部短路。外部短路是电池的正负极两端直接由一个阻值较小的导体进行连接，电池将会产生放电反应。大量的锂离子从负极的嵌入结构脱嵌，穿过隔膜到达电池正极，产生较大电流，进而产生大量的热量使电池温度升高，引起热失控起火现象。外部短路造成的放电若是没有及时停止，电池将造成过放损坏。因此，提出一种可以成功模拟外短路引起动力锂电池热失控起火的方法，对于开展锂电池外短路试验研究，并针对性开发锂电池外短路火灾防治措施具有重要价值。

发明内容

本发明目的在于公开一种动力锂电池外短路热失控模拟装置，以辅助开展锂电池外短路试验研究，并为针对性开发锂电池外短路火灾防治提供便利。

为达上述目的，本发明公开一种动力锂电池外短路热失控模拟装置，包括铜排、螺栓、动力锂离子电池、钢夹、氮气瓶、输气管和气动阀；

所述铜排用于连接锂电池正负极，形成电回路；

所述螺栓用于连接和固定相交铜排；

所述钢夹用于固定电池正负极极耳之间连接的铜排；

所述氮气瓶用于给所述气动阀提供动力；

所述输气管用于将所述氮气瓶与所述气动阀连接起来，输出高压气体；

所述气动阀安装在所述铜排上，用于在高压气体作用下，将上下两块铜排压接严实，实现整个电路回路连通并避免因温度过高烧坏连接处。

本发明具有以下有益效果：

(1)、构成简单，可操作性好。

(2)、所需组件少，性价比高。

(3)、应用范围广，可广泛应用于动力锂电池火灾实验和灭火技术研究中。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的动力锂电池外短路热失控模拟装置结构示意图。

【图号说明】

1、铜排；2、螺栓；3、动力锂离子电池；31、电池正极极耳；32、电池负极极耳；33、电池泄压孔；4、钢夹；5、氮气瓶；6、输气管；7、气动阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实施例公开一种动力锂电池外短路热失控模拟装置。

如图1所示，本实施例装置包括铜排1、螺栓2、动力锂离子电池3、电池正极极耳31、电池负极极耳32、电池泄压孔33、钢夹4、氮气瓶5、输气管6和气动阀7。铜排1用于连接锂电池正负极耳31、32，形成电回路，允许通过大电流，可根据电池串并联需求调整铜排1尺寸和位置；螺栓2用于连接和固定相交铜排1；钢夹4用于固定电池正负极极耳31、32之间连接的铜排1，可通过调节螺栓2控制松紧程度，保证短路试验中铜排1不会因为温度过高发生松动，造成电路断开；氮气瓶5用于给气动阀7提供动力；输气管6将氮气瓶5与气动阀7连接起来，输出高压气体；气动阀7安装在铜排1上，在高压气体作用下，可以将上下两块铜排1压接严实，实现整个电路回路连通，不至于因温度过高烧坏连接处。

其中，动力锂离子电池3的同一电极用短铜排1连接，并用钢夹4压紧。气动阀7安装在电路合闸处的上方铜排位置，通过氮气瓶5提供压力驱动上方铜排向下弯曲，与下方铜排连接压紧，形成电回路。

本实施例中，动力锂离子电池3的类型可采用三元锂电，电池单体宽150mm，高95mm，厚30mm，充满电量后电压3.7V，容量40Ah，其电极极耳有效接触面积600mm²。

本实施例中，常用的铜排1的尺寸可为宽30mm、厚3mm。在不同的应用场景中，其尺寸，包括长宽厚，可根据需要连接的电池单体个数进行调整。

本实施例中，常用的氮气瓶5容积为10L，内贮压6MPa，可通过远程开启阀门，将高压气体输运至气动阀7的气缸里，确保操作人员安全。

本实施例中，优选地，输气管6在管道上安装有一个截止阀以防止高压气体回流。

本实施例中，可选地，气动阀7的有效行程为30mm，表示在高压气体作用下，驱动活塞带动阀芯向下运动最大可移动距离为30mm。

基于上述装置，在模拟试验中，其操作方法可采用下述方式：

根据需要模拟短路的锂电池数量、容量和电压，计算理论短路电流值，选择合适宽度、厚度的铜排。利用铜排将动力锂电池单体根据电池组电压、电流需求进行串并联连接，然后用钢夹将铜排压接到锂电池正负极极耳之上。确定电回路短路合闸处，在该位置上方铜排安装一个气动阀，并用输气管将其与高压氮气瓶相连。锂电池短路装置安装完毕后，布置好温度测量点、视频、红外拍摄等数据测量装置，启动气瓶，将分开的铜排压接，实现锂电池组外部短路，记录试验数据。

优选地，锂电池单体可以利用铜排和钢夹方便的进行串并联，形成不同电压和容量的锂电池组，这种方式可以保证短路时大电流产生的高温不至于将压接处烧坏。

优选地，电回路是通过气动阀将回路连通，借助高压气体驱动气动阀内部气缸，产生压力将上下两块铜排压紧。

优选地，钢夹一侧为扁平结构，用于贴紧电极上面的铜排，另一侧为带螺栓结构，可以调整松紧程度来控制铜排与电极之间的紧合。

藉此，基于本实施例装置的模拟方法，通过铜排、螺栓、钢夹、氮气瓶、输气管、气动阀这些组件来实现对动力锂电池组的短路。具有实现简单、适用性和可靠性强等特点，除了可以应用于动力锂电池外短路热失控火灾试验，还可以对锂电池短路诱发火灾防治技术开发提供试验手段。

综上，本发明实施例所公开的动力锂电池外短路热失控模拟装置，具有以下有益效果：

(1)、构成简单，可操作性好。

(2)、所需组件少，性价比高。

(3)、应用范围广，可广泛应用于动力锂电池火灾实验和灭火技术研究中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种动力锂电池外短路热失控模拟装置，其特征在于，包括铜排、螺栓、锂电池组、钢夹、氮气瓶、输气管和气动阀；

所述锂电池组包括并排放置的锂电池一至锂电池六；

锂电池一和锂电池二的正极极耳通过铜排连接，锂电池三和锂电池四的正极极耳通过铜排连接；锂电池五和锂电池六的正极极耳通过铜排连接；连接于锂电池三和锂电池四的正极极耳之间的铜排连接一向外侧伸出的下铜排；

锂电池二和锂电池三的负极极耳通过铜排连接；锂电池四和锂电池五的负极极耳通过铜排连接；锂电池一和锂电池六的负极极耳通过上铜排连接；

所述上铜排由相交铜排组成，所述螺栓用于连接和固定相交铜排；

所述钢夹用于固定电池正极极耳之间或负极极耳之间连接的铜排；

所述氮气瓶用于给所述气动阀提供动力；

所述输气管用于将所述氮气瓶与所述气动阀连接起来，输出高压气体；

所述上铜排至少部分位于所述下铜排的上空，气动阀安装在电路合闸处的上铜排位置，通过氮气瓶提供压力驱动上铜排向下弯曲，与下铜排连接压紧，实现短路的电回路连通，并避免因温度过高烧坏连接处。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钢夹用于贴紧电极上面的铜排的一侧为扁平结构，另一侧用于调整松紧程度来控制铜排与电极之间的紧合的带螺栓结构。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述输气管在管道上安装有一个截止阀以防止高压气体回流。

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