CN113281661A - 一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，包括气体流动管，气体流动管顶部设置有过滤单元，正面设置有管道门，气体流动管上位于管道门的一侧设置有若干组合传感器，另一侧设置有采气收集单元，所述组合传感器与设置在气体流动管外部的数据采集单元电性连接；所述气体流动管内设置有锂离子电池，所述锂离子电池上贴附有与气体流动管外部加热单元电性连接的加热片以及与数据采集单元电性连接的电池表面传感器。这种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置可以通过传感器响应测量锂离子电池在加热和过充触发热失控条件下的气体喷发过程中的气体流动动力学参数，能够有效提高测试效率，以用于指导科学研究锂离子电池产品设计。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置。
背景技术
锂离子电池作为目前能量密度较高的储能电池，广泛应用于各种电动工具、电动汽车及各种便携式设备中；尤其是随着电动汽车的快速发展，动力电池的安全问题成为了备受关注的焦点，锂离子电池由于自身属性，在滥用条件下会引发锂离子电池的热失控。锂离子电池在热失控的过程中会从电池的喷发口（泄压口）喷出大量可燃烟气，这些可燃烟气是导致锂离子电池起火/爆炸的主要原因，严重影响人民群众的生命财产安全。
为了更好的研究锂离子电池在热失控过程中的气体喷发特性的研究，这就需要测试装置可以测到在锂离子电池喷发过程当中的动力学参数。但现有的锂离子电池有关产气喷发的研究主要集中于锂离子电池产气成分的分析，喷发过程的动力学参数测量方面的装置较少。现有的锂离子电池喷发动力学参数测量的主要手段是使用高速摄影仪对喷发过程进行实时拍摄，计算出喷发过程的流速。但是使用高速摄影仪可拍摄的时间较短，对拍摄环境要求较高，操作繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够有效进行锂离子电池热失控喷发过程中的气体流动的动力学参数测量的锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，包括圆柱形结构的气体流动管，所述气体流动管内部设置有腔体，顶部中心设置有与所述腔体连通的排气接口，所述排气接口上设置有过滤单元；所述流动管正面设置有与腔体内外连通的操作口，操作口上设置有与其配合的管道门，所述气体流动管上位于管道门一侧的部位自上而下等间距设置有若干与所述腔体内外连通的传感器接口，位于传感器接口下方的部位设置有与所述腔体内外连通的走线口，所述走线口靠近气体流动管的底部；所述传感器接口内插接有组合传感器，所述组合传感器通过数据引线与设置在气体流动管外部的数据采集单元电性连接；所述腔体底部中心设置有锂离子电池，所述锂离子电池上贴附有加热片，所述加热片通过数据引线穿过走线口与设置在气体流动管外部的加热单元电性连接，所述锂离子电池表面布置有电池表面传感器，所述电池表面传感器通过数据引线穿过走线口与所述数据采集单元电性连接；所述气体流动管上位于管道门另一侧的部位设置有与所述腔体内外连通的采气接口，所述采气接口靠近气体流动管的底部，采气接口上连接有采气阀门，所述采气阀门的后端连接有采气泵，所述采气泵上连接有采气收集单元。
进一步地，所述过滤单元通过螺栓固定在气体流动管顶部的排气接口上，所述过滤单元的中心设置有衔接排气接口与过滤单元顶部外侧的过滤芯。
进一步地，所述组合传感器通过螺母固定连接在传感器接口上；所述组合传感器的头部呈球形流线型结构，其位于腔体的中心线位置上，所述组合传感器的尾部位于气体流动管外部，用于连接与数据采集单元电性连接的数据引线。
进一步地，所述组合传感器的头部内设置有温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器，连接温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器的数据引线穿过组合传感器的尾部与所述数据采集单元电性连接。
进一步地，所述锂离子电池通过电池夹具放置在腔体的底部中心，所述电池夹具由两个金属夹板通过螺栓连接组成，该电池夹具将锂离子电池、电池表面传感器和加热片夹紧固定。
进一步地，所述管道门上设置有观察窗。
进一步地，所述管道门一侧通过铰链与所述气体流动管之间活动连接，另一侧设置有能够与所述气体流动管固定的门扣。
进一步地，所述采气接口为通孔管螺纹口，所述采气阀门与所述采气接口之间为螺纹配合连接。
进一步地，所述加热单元为直流电源。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：这种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置可以通过传感器响应测量锂离子电池在加热和过充触发热失控条件下的气体喷发过程中的气体流动动力学参数，操作方便，安全系数高，且能够有效提高测试效率，以用于指导科学研究锂离子电池产品设计。
附图说明
图1是本发明一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置截面结构示意图；
图2是本发明一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置正面结构示意图；
图3是本发明一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置侧面结构示意图。
图中：1、气体流动管；11、腔体；12、排气接口；13、走线口；14、采气接口；15、传感器接口；16、管道门；161、观察窗；162、铰链；163、门扣；2、组合传感器；3、数据采集单元；4、加热单元；5、采气阀门；6、采气泵；7、采气收集单元；8、过滤单元；81、过滤芯；9、锂离子电池；91、电池表面传感器；92、电池夹具。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
图1至图3所示一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，包括圆柱形结构的气体流动管1，所述气体流动管1内部设置有腔体11，顶部中心设置有与所述腔体11连通的排气接口12，所述排气接口12上设置有过滤单元8；所述流动管1正面设置有与腔体11内外连通的操作口，操作口上设置有与其配合的管道门16，所述气体流动管1上位于管道门16一侧的部位自上而下等间距设置有若干与所述腔体11内外连通的传感器接口15，位于传感器接口15下方的部位设置有与所述腔体11内外连通的走线口13，所述走线口13靠近气体流动管1的底部；所述传感器接口15内插接有组合传感器2，所述组合传感器2通过数据引线与设置在气体流动管1外部的数据采集单元3电性连接；所述腔体11底部中心设置有锂离子电池9，所述锂离子电池9上贴附有加热片，所述加热片通过数据引线穿过走线口13与设置在气体流动管1外部的加热单元4电性连接，所述锂离子电池9表面布置有电池表面传感器91，所述电池表面传感器91通过数据引线穿过走线口13与所述数据采集单元3电性连接；所述气体流动管1上位于管道门16另一侧的部位设置有与所述腔体11内外连通的采气接口14，所述采气接口14靠近气体流动管1的底部，采气接口14上连接有采气阀门5，所述采气阀门5的后端连接有采气泵6，所述采气泵6上连接有采气收集单元7；在锂离子电池9热失控时会产生大量的气体，通过控制采气阀门5和采气泵6的开关可以随时采集气体到气体收集单元7内，以便进行下一步的气体成分分析。
为了能够过滤锂离子电池9热失控产气中的高温颗粒物，防止起火，所述过滤单元8通过螺栓固定在气体流动管1顶部的排气接口12上，所述过滤单元8的中心设置有衔接排气接口12与过滤单元8顶部外侧的过滤芯81。
为了便于组合传感器2在传感器接口15上的安装和拆卸，所述组合传感器2通过螺母固定连接在传感器接口15上；为了减少对气流的影响，所述组合传感器2的头部呈球形流线型结构，其位于腔体11的中心线位置上，所述组合传感器2的尾部位于气体流动管1外部，用于连接与数据采集单元3电性连接的数据引线。
为了能够测量气流的温度、气压和气体浓度数据，所述组合传感器2的头部内设置有温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器，连接温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器的数据引线穿过组合传感器2的尾部与所述数据采集单元3电性连接，可以实时采集数据。
为了能够固定住锂离子电池9以及电池表面传感器91和加热片，防止实验过程中散开，所述锂离子电池9通过电池夹具92放置在腔体11的底部中心，所述电池夹具92由两个金属夹板通过螺栓连接组成，该电池夹具92将锂离子电池9、电池表面传感器91和加热片夹紧固定。
为了能够观察实验过程中的光学现象，所述管道门16上设置有观察窗161。
为了便于管道门16在气体流动管1上开启、关闭及关闭后的固定，所述管道门16一侧通过铰链162与所述气体流动管1之间活动连接，另一侧设置有能够与所述气体流动管1固定的门扣163。
为了方便采气阀门5的安装和拆卸，所述采气接口14为通孔管螺纹口，所述采气阀门5与所述采气接口14之间为螺纹配合连接。
为了能够提供加热功率，以便能够通过所述加热单元4触发待测锂离子电池9失控，所述加热单元4为直流电源。
其工作原理如下：使用加热单元4对锂离子电池9进行加热，直到锂离子电池9发生热失控；锂离子电池9在热失控过程中会释放大量高温气体，这些气体通过组合传感器2的头部时，内部的温度、气压和气体浓度传感器会有响应，而由于高度差，每个位置的组合传感器2响应会有时间差，组合传感器2测量的数据会通过数据引线传递给数据采集单元3，以便进行数据分析，从而可以反推计算出锂离子电池9喷发口的气体流速和流量。
这种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置可以通过传感器响应测量锂离子电池在加热和过充触发热失控条件下的气体喷发过程中的气体流动动力学参数，操作方便，安全系数高，且能够有效提高测试效率，以用于指导科学研究锂离子电池产品设计。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，其特征在于：包括圆柱形结构的气体流动管（1），所述气体流动管（1）内部设置有腔体（11），顶部中心设置有与所述腔体（11）连通的排气接口（12），所述排气接口（12）上设置有过滤单元（8）；所述流动管（1）正面设置有与腔体（11）内外连通的操作口，操作口上设置有与其配合的管道门（16），所述气体流动管（1）上位于管道门（16）一侧的部位自上而下等间距设置有若干与所述腔体（11）内外连通的传感器接口（15），位于传感器接口（15）下方的部位设置有与所述腔体（11）内外连通的走线口（13），所述走线口（13）靠近气体流动管（1）的底部；所述传感器接口（15）内插接有组合传感器（2），所述组合传感器（2）通过数据引线与设置在气体流动管（1）外部的数据采集单元（3）电性连接；所述腔体（11）底部中心设置有锂离子电池（9），所述锂离子电池（9）上贴附有加热片，所述加热片通过数据引线穿过走线口（13）与设置在气体流动管（1）外部的加热单元（4）电性连接，所述锂离子电池（9）表面布置有电池表面传感器（91），所述电池表面传感器（91）通过数据引线穿过走线口（13）与所述数据采集单元（3）电性连接；所述气体流动管（1）上位于管道门（16）另一侧的部位设置有与所述腔体（11）内外连通的采气接口（14），所述采气接口（14）靠近气体流动管（1）的底部，采气接口（14）上连接有采气阀门（5），所述采气阀门（5）的后端连接有采气泵（6），所述采气泵（6）上连接有采气收集单元（7）。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，其特征在于：所述过滤单元（8）通过螺栓固定在气体流动管（1）顶部的排气接口（12）上，所述过滤单元（8）的中心设置有衔接排气接口（12）与过滤单元（8）顶部外侧的过滤芯（81）。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，其特征在于：所述组合传感器（2）通过螺母固定连接在传感器接口（15）上；所述组合传感器（2）的头部呈球形流线型结构，其位于腔体（11）的中心线位置上，所述组合传感器（2）的尾部位于气体流动管（1）外部，用于连接与数据采集单元（3）电性连接的数据引线。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，其特征在于：所述组合传感器（2）的头部内设置有温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器，连接温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器的数据引线穿过组合传感器（2）的尾部与所述数据采集单元（3）电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，其特征在于：所述锂离子电池（9）通过电池夹具（92）放置在腔体（11）的底部中心，所述电池夹具（92）由两个金属夹板通过螺栓连接组成，该电池夹具（92）将锂离子电池（9）、电池表面传感器（91）和加热片夹紧固定。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，其特征在于：所述管道门（16）上设置有观察窗（161）。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，其特征在于：所述管道门（16）一侧通过铰链（162）与所述气体流动管（1）之间活动连接，另一侧设置有能够与所述气体流动管（1）固定的门扣（163）。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，其特征在于：所述采气接口（14）为通孔管螺纹口，所述采气阀门（5）与所述采气接口（14）之间为螺纹配合连接。
9.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控喷发动力学参数测量装置，其特征在于：所述加热单元（4）为直流电源。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115598206A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-01-13 | 吉林大学（Cn） | 一种锂离子动力电池热失控产气动力学测试装置 |
| JP7430841B1 (ja) | 2023-08-21 | 2024-02-13 | 株式会社コベルコ科研 | 流量算出装置および流量算出方法 |
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2021
- 2021-06-08 CN CN202110637762.2A patent/CN113281661A/zh active Pending
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