CN113759262A - 一种电池储能电柜热失控安全性试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池储能电柜热失控安全性试验装置及方法，包括密封隔离试验仓和电池储能电柜，任选电柜内三个电池模组，第一个电池模组内任选一个电芯对应安装电芯穿刺装置，第二个电池模组内任选一个电芯对应安装电芯过充电装置，第三个电池模组内任选一个电芯对应安装电芯电热加温装置，电芯穿刺装置、电芯过充电装置和电芯电热加温装置的电子控制端均连接于试验控制器，试验控制器连接有手持遥控终端；利用本装置可以对电池储能电柜依次进行穿刺、过充和电热加温试验，并且可以清晰地观察电池储能柜在实验过程中具体状况，远距离遥控启动试验，密封隔离试验仓能够很好地保护试验人员的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池储能系统，尤其涉及一种电池储能电柜热失控安全性试验装置及方法。
背景技术
电池储能系统一般由多个电池电芯并联而成的单级模组，再经过多个模组串联成为一个电池储能支路，每个支路配置BMS管理系统，多个电池储能支路并联组成储能系统，储能系统安装于箱体内通过空气流动进行热管理。
电池电芯模组的安全性十分重要。在空气介质中，模块内的并联电芯因内部晶枝短接、隔膜缺陷和过充等原因能产生短路，电芯由于内部短路等原因产生热失控，可使该故障电芯温度急剧上升，致使电解液气化和电芯内部压力增大而发生外壳破裂，温度急剧上升和气流压力冲击能造成正负极片产生放电火花，特别是电芯内部的电解液溶剂含有的溶剂气化与空气混合，再遇到明火的时可发生更大的爆炸燃烧。由于单个模组产生燃烧和爆炸，很快能波及封闭箱体内整个电池储能系统。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种电池储能电柜热失控安全性试验装置，用于评价电池储能电柜的防止自燃和爆炸的安全性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电池储能电柜热失控安全性试验装置，包括透明的密封隔离试验仓，所述密封隔离试验仓内设置有电池储能电柜，所述电池储能电柜包括透明外壳，所述透明外壳内安装有多个串联的电池模组，每个所述电池模组包括多个并联的电芯，任选三个所述电池模组，在其中第一个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯穿刺装置，在其中第二个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯过充电装置，在其中第三个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯电热加温装置，所述电芯穿刺装置、所述电芯过充电装置和所述电芯电热加温装置的电子控制端均连接于试验控制器，所述试验控制器连接有手持遥控终端；
所述密封隔离试验仓上设置有废气排放收集装置和冷却降温装置。
作为一种优选的技术方案，所述试验控制器通过无线信号收发模块与所述手持遥控终端无线连接。
作为一种优选的技术方案，所述试验控制器包括嵌入式智能控制系统。
作为一种优选的技术方案，所述废气排放收集装置包括设置在所述密封隔离试验仓顶部的排气管道，所述排气管道连接有废气收集器，所述排气管道上安装有排气电磁阀；
所述密封隔离试验仓内安装有压力传感器，所述压力传感器的信号输出端连接有压力控制器，所述排气电磁阀的电子控制端与所述压力控制器的控制信号输出端连接。
作为一种优选的技术方案，所述冷却降温装置包括设置在所述密封隔离试验仓上的冷却进液管道，所述冷却进液管道连接有储存冷却介质的冷却介质储存罐，所述冷却进液管道上安装有进液电磁阀；
所述密封隔离试验仓内安装有温度传感器，所述温度传感器的信号输出端连接有温度控制器，所述进液电磁阀的电子控制端与所述温度控制器的控制信号输出端连接。
作为一种优选的技术方案，所述冷却介质包括液态二氧化碳或液氮。
由于采用了上述技术方案，一种电池储能电柜热失控安全性试验装置，包括透明的密封隔离试验仓，所述密封隔离试验仓内设置有电池储能电柜，所述电池储能电柜包括透明外壳，所述透明外壳内安装有多个串联的电池模组，每个所述电池模组包括多个并联的电芯，任选三个所述电池模组，在其中第一个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯穿刺装置，在其中第二个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯过充电装置，在其中第三个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯电热加温装置，所述电芯穿刺装置、所述电芯过充电装置和所述电芯电热加温装置的电子控制端均连接于试验控制器，所述试验控制器连接有手持遥控终端；所述密封隔离试验仓上设置有废气排放收集装置和冷却降温装置；利用本装置可以对电池储能电柜依次进行穿刺、过充和电热加温试验，并且可以清晰地观察电池储能柜在实验过程中具体状况，远距离遥控启动试验，密封隔离试验仓能够很好地保护试验人员的安全。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种电池储能电柜热失控安全性试验方法，用于评价电池储能电柜的防止自燃和爆炸的安全性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电池储能电柜热失控安全性试验方法，包括下述步骤：
步骤一，从电池储能电柜内任意选取三个电池模组并编号为第一电池模组、第二电池模组和第三电池模组，在所述第一电池模组中任意选取一个电芯并对应安装电芯穿刺装置，在所述第二电池模组中任意选取一个电芯并对应安装电芯过充电装置，在所述第三电池模组中任意选取一个电芯并对应安装电芯电热加温装置；
步骤二，将电芯穿刺装置、电芯过充电装置和电芯电热加温装置与试验控制器连接，试验控制器与手持遥控终端进行无线连接或有线连接；将所有组装好的设备放置于透明的密封隔离试验仓内；
步骤三，通过手持遥控终端控制电芯穿刺装置工作，进行电芯穿刺试验，观察电池储能电柜内的变化；没有出现热失控或自燃则进行下一步试验，否则停止试验，判定电池储能电柜不合格；
步骤四，通过手持遥控终端控制电芯过充电装置工作，进行电芯过充电试验，观察电池储能电柜内的变化；没有出现热失控或自燃则进行下一步试验，否则停止试验，判定电池储能电柜不合格；
步骤五，通过手持遥控终端控制电芯电热加温装置工作，进行电芯电热加温试验，观察电池储能电柜内的变化；若没有出现热失控或自燃，则实验结束，电池储能电柜合格，否则，判定电池储能电柜不合格。
作为一种优选的技术方案，在所述步骤三、步骤四和步骤五的过程中产生的废气通过安装在所述密封隔离试验仓上的废气排放收集装置进行收集，然后净化处理后排入大气环境中。
作为一种优选的技术方案，在所述步骤三、步骤四和步骤五的过程中导致所述密封隔离试验仓内温度达到安全上限值时，通过安装在所述密封隔离试验仓上的冷却降温装置对其进行降温处理。
通过上述一种电池储能电柜热失控安全性试验方法，可以对电池储能电柜依次进行穿刺、过充和电热加温试验，对于合格产品，一次设备组装即可完成三项试验，能够大大缩减试验时间，提高试验效率。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的原理简图；
图2是本发明实施例电芯穿刺装置的结构简图；
图3是本发明实施例电芯过充电装置的结构简图；
图4是本发明实施例电芯电热加温装置的结构简图；
图中：1-电芯；21-穿刺支撑架；22-穿刺室；23-穿刺针；24-燃爆气体室；31-点火电源；32-点火引线；33-点火间隙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1所示，一种电池储能电柜热失控安全性试验装置，包括透明的密封隔离试验仓，所述密封隔离试验仓内设置有电池储能电柜，所述电池储能电柜包括透明外壳，所述透明外壳内安装有多个串联的电池模组，每个所述电池模组包括多个并联的电芯，任选三个所述电池模组，在其中第一个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯穿刺装置，在其中第二个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯过充电装置，在其中第三个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯电热加温装置，所述电芯穿刺装置、所述电芯过充电装置和所述电芯电热加温装置的电子控制端均连接于试验控制器，所述试验控制器连接有手持遥控终端；所述密封隔离试验仓上设置有废气排放收集装置和冷却降温装置。
所述试验控制器通过无线信号收发模块与所述手持遥控终端无线连接。当然，所述试验控制器也可以通过有线模式与所述手持遥控终端连接。所述试验控制器包括嵌入式智能控制系统。
所述废气排放收集装置包括设置在所述密封隔离试验仓顶部的排气管道，所述排气管道连接有废气收集器，所述排气管道上安装有排气电磁阀；所述密封隔离试验仓内安装有压力传感器，所述压力传感器的信号输出端连接有压力控制器，所述排气电磁阀的电子控制端与所述压力控制器的控制信号输出端连接。压力传感器将检测到的仓内压力值传送给压力控制器，当检测到密封隔离试验仓内的压力达到设定的安全上限值时，压力控制器控制排气电磁阀打开，密封隔离试验仓内的气体通过排气管道进入到废气收集器中，废气收集器中的气体经过净化处理后可以排放到大气环境中。所述压力控制器包括可编程逻辑器件，例如单片机。
所述冷却降温装置包括设置在所述密封隔离试验仓上的冷却进液管道，所述冷却进液管道连接有储存冷却介质的冷却介质储存罐，所述冷却进液管道上安装有进液电磁阀；所述密封隔离试验仓内安装有温度传感器，所述温度传感器的信号输出端连接有温度控制器，所述进液电磁阀的电子控制端与所述温度控制器的控制信号输出端连接。温度传感器将检测的温度数值传动给温度控制器，当检测到所述密封隔离试验仓内温度达到设定的安全上限值时，温度控制器控制进液电磁阀打开，冷却介质储存罐内的冷却介质进入到密封隔离试验仓内，对其进行降温处理，保障安全。所述冷却介质包括液态二氧化碳或液氮。所述温度控制器包括可编程逻辑器件，例如单片机。为了节约成本，所述压力控制器和所述温度控制器可以合二为一。
电芯穿刺装置、电芯过充电装置和电芯电热加温装置都属于现有技术，以电芯穿刺装置为例进行简单说明，如图2所示，电芯穿刺装置包括与电芯1连接的穿刺支撑架21，所述穿刺支撑架21内设置有与所述电芯1垂直的穿刺室22，所述穿刺室22内安装有尖部面向所述电芯1设置的穿刺针23，所述穿刺支撑架21内还设置有与所述穿刺室22连通的燃爆气体室24，所述燃爆气体室24连接有电控爆炸驱动部件，所述电控爆炸驱动部件包括设置在穿刺支撑架21外部的点火电源31，所述点火电源31连接有两根伸入到所述燃爆气体室24内的点火引线32，两根所述点火引线32的端部设置有点火间隙33。电芯过充电装置和电芯电热加温装置的结构分别图3和图4所示，由于二者结构和工作原理简单，这里不再赘述。
利用本装置可以对电池储能电柜依次进行穿刺、过充和电热加温试验，并且可以清晰地观察电池储能柜在实验过程中具体状况，远距离遥控启动试验，密封隔离试验仓能够很好地保护试验人员的安全。
一种电池储能电柜热失控安全性试验方法，包括下述步骤：
步骤一，从电池储能电柜内任意选取三个电池模组并编号为第一电池模组、第二电池模组和第三电池模组，在所述第一电池模组中任意选取一个电芯并对应安装电芯穿刺装置，在所述第二电池模组中任意选取一个电芯并对应安装电芯过充电装置，在所述第三电池模组中任意选取一个电芯并对应安装电芯电热加温装置；
步骤二，将电芯穿刺装置、电芯过充电装置和电芯电热加温装置与试验控制器连接，试验控制器与手持遥控终端进行无线连接或有线连接；将所有组装好的设备放置于透明的密封隔离试验仓内；
步骤三，通过手持遥控终端控制电芯穿刺装置工作，进行电芯穿刺试验，观察电池储能电柜内的变化；没有出现热失控或自燃则进行下一步试验，否则停止试验，判定电池储能电柜不合格；
步骤四，通过手持遥控终端控制电芯过充电装置工作，进行电芯过充电试验，观察电池储能电柜内的变化；没有出现热失控或自燃则进行下一步试验，否则停止试验，判定电池储能电柜不合格；
步骤五，通过手持遥控终端控制电芯电热加温装置工作，进行电芯电热加温试验，观察电池储能电柜内的变化；若没有出现热失控或自燃，则实验结束，电池储能电柜合格，否则，判定电池储能电柜不合格。
在所述步骤三、步骤四和步骤五的过程中产生的废气通过安装在所述密封隔离试验仓上的废气排放收集装置进行收集，然后净化处理后排入大气环境中。
在所述步骤三、步骤四和步骤五的过程中导致所述密封隔离试验仓内温度达到安全上限值时，通过安装在所述密封隔离试验仓上的冷却降温装置对其进行降温处理。
将同结构小型化的电池储能电柜试品，储能容量不低于1千瓦时，内部安装电芯穿刺装置、电芯过充电装置和电芯电热加温装置，用远程电控方式分别启动内部电芯穿刺装置、电芯过充电装置和电芯加热加温装置，在防爆隔离的条件下，观察储能电柜的热失控现象，特别是观察储能电柜试品的自燃和燃爆情况。
所述电芯穿刺装置，采用电控爆炸驱动穿刺针穿入电芯内部，使之产生内部极片短路发热。
所述电芯过充电装置，采用外部电源为电隔离的充满电的电芯继续充电，充电电流可控。
所述电芯加热加温装置，采用外部电源为充满电的电芯加热，加热。
本检测方法可以对电池储能电柜依次进行穿刺、过充和电热加温试验，对于合格产品，一次设备组装即可完成三项试验，能够大大缩减试验时间，提高试验效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种电池储能电柜热失控安全性试验装置，其特征在于：包括透明的密封隔离试验仓，所述密封隔离试验仓内设置有电池储能电柜，所述电池储能电柜包括透明外壳，所述透明外壳内安装有多个串联的电池模组，每个所述电池模组包括多个并联的电芯，任选三个所述电池模组，在其中第一个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯穿刺装置，在其中第二个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯过充电装置，在其中第三个所述电池模组内任选一个电芯对应安装电芯电热加温装置，所述电芯穿刺装置、所述电芯过充电装置和所述电芯电热加温装置的电子控制端均连接于试验控制器，所述试验控制器连接有手持遥控终端；
所述密封隔离试验仓上设置有废气排放收集装置和冷却降温装置。
2.如权利要求1所述的电池储能电柜热失控安全性试验装置，其特征在于：所述试验控制器通过无线信号收发模块与所述手持遥控终端无线连接。
3.如权利要求1所述的电池储能电柜热失控安全性试验装置，其特征在于：所述试验控制器包括嵌入式智能控制系统。
4.如权利要求1所述的电池储能电柜热失控安全性试验装置，其特征在于：所述废气排放收集装置包括设置在所述密封隔离试验仓顶部的排气管道，所述排气管道连接有废气收集器，所述排气管道上安装有排气电磁阀；
所述密封隔离试验仓内安装有压力传感器，所述压力传感器的信号输出端连接有压力控制器，所述排气电磁阀的电子控制端与所述压力控制器的控制信号输出端连接。
5.如权利要求1所述的电池储能电柜热失控安全性试验装置，其特征在于：所述冷却降温装置包括设置在所述密封隔离试验仓上的冷却进液管道，所述冷却进液管道连接有储存冷却介质的冷却介质储存罐，所述冷却进液管道上安装有进液电磁阀；
所述密封隔离试验仓内安装有温度传感器，所述温度传感器的信号输出端连接有温度控制器，所述进液电磁阀的电子控制端与所述温度控制器的控制信号输出端连接。
6.如权利要求5所述的电池储能电柜热失控安全性试验装置，其特征在于：所述冷却介质包括液态二氧化碳或液氮。
7.一种电池储能电柜热失控安全性试验方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一，从电池储能电柜内任意选取三个电池模组并编号为第一电池模组、第二电池模组和第三电池模组，在所述第一电池模组中任意选取一个电芯并对应安装电芯穿刺装置，在所述第二电池模组中任意选取一个电芯并对应安装电芯过充电装置，在所述第三电池模组中任意选取一个电芯并对应安装电芯电热加温装置；
步骤二，将电芯穿刺装置、电芯过充电装置和电芯电热加温装置与试验控制器连接，试验控制器与手持遥控终端进行无线连接或有线连接；将所有组装好的设备放置于透明的密封隔离试验仓内；
步骤三，通过手持遥控终端控制电芯穿刺装置工作，进行电芯穿刺试验，观察电池储能电柜内的变化；没有出现热失控或自燃则进行下一步试验，否则停止试验，判定电池储能电柜不合格；
步骤四，通过手持遥控终端控制电芯过充电装置工作，进行电芯过充电试验，观察电池储能电柜内的变化；没有出现热失控或自燃则进行下一步试验，否则停止试验，判定电池储能电柜不合格；
步骤五，通过手持遥控终端控制电芯电热加温装置工作，进行电芯电热加温试验，观察电池储能电柜内的变化；若没有出现热失控或自燃，则实验结束，电池储能电柜合格，否则，判定电池储能电柜不合格。
8.如权利要求7所述的电池储能电柜热失控安全性试验方法，其特征在于，在所述步骤三、步骤四和步骤五的过程中产生的废气通过安装在所述密封隔离试验仓上的废气排放收集装置进行收集，然后净化处理后排入大气环境中。
9.如权利要求7所述的电池储能电柜热失控安全性试验方法，其特征在于，在所述步骤三、步骤四和步骤五的过程中导致所述密封隔离试验仓内温度达到安全上限值时，通过安装在所述密封隔离试验仓上的冷却降温装置对其进行降温处理。
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