CN114236398A - 一种氢燃料电池发电系统安全性的试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种氢燃料电池发电系统安全性的试验系统，该系统包括：电池支架，用于支撑电池夹具；电池样品作为试验对象，通过电池夹具进行固定；撞击物出射装置，放置在距离电池样品第一设定距离处，用于向垂直于电池极板的方向发射撞击物；撞击物测速仪用于监测撞击物在从撞击物出射口射出后的发射过程中的速度；第一相机，放置在距离电池样品第二设定距离处，用于记录撞击物侵彻电池样品后电池样品出现的现象，该现象用于评价该电池样品在遭受撞击物击射时的安全性等级。通过采用上述技术方案，能够真实模拟撞击物先穿透防护钢板再镶嵌于电池内部的试验工况，并且产生的试验结果具有良好的区分性和重复性。

Description

一种氢燃料电池发电系统安全性的试验系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池发电系统安全性的试验系统。

背景技术

氢燃料电池具有发电效率高、能量密度大、噪声低和无污染等优点，广泛应用于电动装备、移动电站、便携式电源等领域。随着能量密度越来越高、容量越来越大，氢燃料电池的安全性也越来越被人们所关注。因此，构建一种氢燃料电池发电系统的被击射时的安全评价方法，从而指导电池的安全设计和遴选适应于战场的安全电池，显得尤为重要。

目前，通过物理毁伤形式检验电池安全性的试验方法，现行的国家标准当中主要有跌落、振动、挤压或针刺四种。这四种试验方法在各自的应用领域发挥了重要的作用，但无法有效地模拟电池在遭受击射时高速撞击或摧毁的试验工况，从而不能完全准确地评价电池在遭受击射时的安全性。

发明内容

本发明实施例公开一种氢燃料电池发电系统安全性的试验系统，能够真实模拟撞击物先穿透防护钢板再镶嵌于电池内部的试验工况，准确的评价氢燃料电池发电系统的安全性，并且产生的试验结果具有良好的区分性和重复性。

本发明实施例公开了一种氢燃料电池发电系统安全性的试验系统，该系统包括：

被射单元、击射单元、监测单元、网络摄像机、通信单元和主控单元；其中，所述被射单元，包括：电池支架、发电系统固定装置和电池样品；所述击射单元，包括：撞击物出射装置、支撑所述撞击物出射装置的支架和撞击物；所述监测单元，包括：第一相机和撞击物测速仪；其中，

所述电池支架，用于支撑所述电池夹具；

所述电池样品作为试验对象，通过所述电池夹具进行固定；

所述主控单元，通过所述通信单元与所述网络摄像机连接，用于向所述网络摄像机发送控制信号；

所述网络摄像机，用于根据所述控制信号进行参数调节，并基于调节后的参数采集视频数据，并将采集到的视频数据发送到所述主控单元；

所述撞击物出射装置，放置在距离所述电池样品第一设定距离处，用于向垂直于电池极板的方向发射撞击物；所述撞击物测速仪用于监测撞击物在从撞击物出射口射出后的发射过程中的速度；

所述第一相机，放置在距离所述电池样品第二设定距离处，用于记录撞击物侵彻所述电池样品后所述电池样品出现的现象，所述现象用于评价该电池样品在遭受撞击物击射时的安全性等级；

其中，所述电池样品在撞击物击射后出现的现象包括如下一种或多种：

电池表面出现撞击物穿孔、内部结构发生改变、电池泄漏气体或液体、所述气体或液体有毒性、出现明火和出现明火后发生爆炸；

其中，所述发电系统固定装置的框架结构为空心的长方体框架结构，其内部用于容纳电池样品；所述长方体框架结构由如下部件组成；

用于连接长方体顶部和底部的四个支撑柱、位于长方体顶部且相对设置的两个第一伸缩梁、位于长方体顶部且相对设置的两个第二伸缩梁，用于将顶部的各第一伸缩梁和各第二伸缩梁连接的四个顶部L型连接件、位于长方体底部且相对设置的两个第一伸缩梁、位于长方体底部且相对设置的两个第二伸缩梁，用于将底部的各第一伸缩梁和各第二伸缩梁相连的四个底部L型连接件；

其中，各顶部L型连接件和各底部L型连接件均为空心管状结构，分别位于长方体顶部和底部的四个拐角位置，用于插入第一伸缩梁和第二伸缩梁，以调整长方体框架的大小；各支撑柱的顶端与顶部L型连接件的拐角处相连；各支撑柱的底端与底部L型连接件的拐角处相连；

所述长方体框架结构的侧面安装有长方形挡板，所述侧面为所述撞击物的入射面。

可选的，所述试验系统还包括：

第二相机，放置在距离所述电池样品第三设定距离处，用于记录试验起点到试验结束的全过程中电池的变化现象；

其中，所述变化现象包括如下一种或多种：包括被撞击物击中、电池跌落、漏液、冒烟、燃烧、爆炸、漏出液体颜色、液体与支架接触后二者的变化、烟雾的颜色、扩散范围、火焰的颜色、火焰的形态、火球直径、火焰长度和爆炸后碎片的数量。

可选的，所述试验系统还包括：六个热电偶，用于检测所述电池样品在遭受撞击物击射后不同时刻温度的变化情况；

其中，第一热电偶对应的第一测点布置在撞击物入射面上，距离电池几何中心3厘米处；第二热电偶对应的第二测点布置在撞击物出射面上，距离电池几何中心3厘米处；第三热电偶对应的第三测点布置在电池漏气阀处；第四热电偶对应的第四测点布置在电池正上方12厘米处；第五热电偶对应的第五测点布置在电池正上方18厘米处；第六热电偶对应的第六测点布置在电池的前偏左30°，距电池14厘米处。

可选的，所述试验系统还包括：

红外成像仪，所述红外成像仪和所述电池样品的连线，与撞击物出射方向和电池样品的连线之间的夹角为45°。

可选的，所述撞击物测速仪的个数为两个，分别为沿着撞击物发射方向前后设置的第一撞击物测速仪和第二撞击物测速仪；

其中，第一撞击物测速仪与第二撞击物测速仪之间的间距为1米；

第二撞击物测速仪与撞击物出射口的间距为1.5米；

所述撞击物出射口与电池入射表面的距离为100米。

可选的，所述试验系统还包括：

烟度测试仪，布置在距离电池样品第四设定距离处，所述烟度测试仪与电池样品两点连线，和撞击物出射口与电池样品两点连线所构成的夹角为60°，所述烟度测试仪用于检测所述电池样品在遭受撞击物击射时是否产生冒烟现象，以确定该电池样品在遭受撞击物击射时的安全性等级。

可选的，所述烟度测试仪，还用于在所述电池样品产生冒烟现象后，对烟尘浓度、不透光度、平均颗粒直径和颗粒成分进行测试，以确定所述电池样品的损伤程度。

可选的，所述第一相机与电池两点连线，和撞击物出射口与电池两点连线所构成的夹角为70°。

本发明实施例提供的技术方案，提供了一种电池安全性的试验系统，该试验系统包括被射单元、击射单元和监测单元；其中，被射单元包括：电池支架、电池夹具和电池样品；击射单元包括：撞击物出射装置、支撑撞击物出射装置的支架和撞击物；监测单元包括第一相机和撞击物测速仪。其中，电池支架，用于支撑电池夹具；电池样品作为试验对象，通过电池夹具进行固定；撞击物出射装置，放置在距离电池样品第一设定距离处，用于向垂直于电池极板的方向发射撞击物；撞击物测速仪用于监测撞击物在发射过程中的速度；第一相机，放置在距离电池样品第二设定距离处，用于记录撞击物侵彻电池样品后电池样品出现的现象。该系统能够真实地模拟撞击物先穿透用于保护电池的钢板再镶嵌于电池的情况。通过记录撞击物侵彻电池样品后电池样品出现的现象，可用该现象来评价该电池样品在遭受撞击物击射时的安全性等级，使得产生的试验结果具有良好的重复性和区分性。

本发明的发明点包括：

1、构建一种电池安全性的试验系统，该试验系统包括被射单元、击射单元和监测单元，其中，被射单元包括：电池支架、电池夹具和电池样品；击射单元包括：撞击物出射装置、支撑撞击物出射装置的支架和撞击物；监测单元包括：第一相机和撞击物测速仪；其中，电池支架，用于支撑电池夹具；电池样品作为试验对象，通过电池夹具进行固定；撞击物出射装置，放置在距离电池样品第一设定距离处，用于向垂直于电池极板的方向发射撞击物；撞击物测速仪用于监测撞击物在发射过程中的速度；第一相机，放置在距离电池样品第二设定距离处，用于记录撞击物侵彻电池样品后电池样品出现的现象，该现象用于评价该电池样品在遭受撞击物击射时的安全性等级。上述试验系统能够真实地模拟撞击物先穿透用于保护电池的钢板再镶嵌于电池的情况，有效地模拟电池在遭受撞击物击射时高速撞击或摧毁的试验工况，根据试验结果，可准确的评价电池在遭受撞击物击射时的安全性，是本发明的发明点之一。

2、本发明实施例提供了一种电池夹具，该夹具主要由上框架、底框架、前挡板、前后左右可伸缩梁、支撑柱和氢气罐保护箱(开有输气管路接出口)组成。其中，框架之间具有间隔，用于容纳所述电池样品；可伸缩横梁，通过改变框架长度，可将上框架、底框架、电池样品和前挡板装夹固定；前挡板焊接于边框前，用于将电池样品封装在电池夹具内部。通过采用该夹具，可保证电池在遭受击射时不会掉落，同时也为了夹具对不同外形的电池具有良好的通用性，以有助于真实地模拟撞击物先穿透用于保护电池的钢板再镶嵌于电池的情况，是本发明的发明点之一。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本发明实施例提供的一种氢燃料电池发电系统的固定装置的结构图；

图1b为本发明实施例提供的一种高压氢气罐保护装置的结构设计图；

图1c为本发明实施例提供的场地整体布局示意图；

图2a为本发明实施例提供的一种电池安全性的试验系统示意图；

图2b为本发明实施例提供的一种视频监控装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电池安全性试验方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种温度传感器的温度测点布局图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供的技术方案主要是通过对电池在遭受到撞击物击射后所表现出来的现象进行分析，从而来评价电池的安全性。由于电池在遭受到撞击物击射时可能会出现明火、爆炸等现象，因此，本发明实施例提供的技术方案需提前布置好安全可靠的试验场地。

请参阅图1c。图1c为本发明实施例提供的场地整体布局示意图。如图1c所示，该场地被划分为监控室、警戒区、危险区、试验区和紧急事故处理区。击射试验是一项破坏性试验，因此，试验人员与试验对象和试验装置应保持安全距离，试验全过程远程控制均在监控室内完成。试验人员可以在监控室内进行观察、监控，也可以进行操纵监测仪器触发开关等；警戒区是撞击物出射装置的操作人员进行击射的位置，区域内除操作人员以外，不得有其他人员走动；危险区是指电池所在区域的周围，电池在被撞击物击中之后自身的碎片和撞击物碎片会向周围迸溅，不能有设备在此区域内摆放，不能有人员滞留；试验区是对氢燃料电池发电系统进行撞击物击射的区域，主要用于摆放试验监测单元(红外成像仪、温度传感器、高速相机、数码摄像机和热电偶等)、被射单元(电池支架、电池夹具、电池样品)和击射单元 (撞击物、撞击物出射装置和支撑该撞击物出射装置的支架)。

另外，在场地的外围设有安全防火防弹墙壁，防止撞击物飞出场地外增加安全隐患。在被射电池的后面，设置有安全洞口，一是用于撞击物出射装置校准时撞击物飞入洞口内，增加环境安全性；二是将试验完毕的电池放置于洞内，防止二次燃烧或爆炸。安全洞为钢筋混凝土圆形无顶形建筑，以15×15的钢筋网格封顶，安全洞面向控制室端有观测窗口，亦采用 15×15的钢筋网格阻断。在紧急事故处理区设有灭火器材，主要对电池及其爆炸碎片的火源进行灭火。该试验系统能够真实地模拟氢燃料电池发电系统遭受撞击物击中的过程，特别是可模拟出撞击物先穿透防护钢板再镶嵌于电池内部的试验工况。具体请参阅图2a。

图2a为本发明实施例提供的一种电池安全性的试验系统示意图。如图2a所示，本实施例提供的试验系统具体包括：被射单元、击射单元、监测单元、网络摄像机、通信单元和主控单元(图2a中未示出)；其中，被射单元，包括：防爆洞1、电池夹具(图2a中未示出) 和氢燃料电池发电系统2；击射单元，包括：撞击物出射装置7、支撑撞击物出射装置的支架 8和撞击物(图2a中未示出)；监测单元包括第一相机4和撞击物测速仪6；其中，

电池支架1，用于支撑电池夹具；

电池样品2作为试验对象，通过电池夹具进行固定，其中，试验对象为氢燃料电池发电系统；其内部容纳有氢燃料电池，通过记录撞击物侵彻氢燃料电池后电池出现的现象，评价该氢燃料电池发电系统在遭受撞击物击射时的安全性等级；

撞击物出射装置7，放置在距离电池样品2第一设定距离处，用于向垂直于电池极板的方向发射撞击物；撞击物测速仪6用于监测撞击物从撞击物出射装置7的出射口射出后，在发射过程中的速度；

第一相机4，放置在距离电池样品2第二设定距离处，用于记录撞击物侵彻电池样品2 后电池样品2出现的现象，该现象用于评价该电池样品2在遭受撞击物击射时的安全性等级。

本实施例中，各单元摆放的位置优选为：撞击物出射装置7的撞击物出射口与电池入射表面的距离为100米；撞击物出射口与撞击物测速仪的间距为1.5米；两个测距仪间距为1 米；第一相机与电池的距离为2.5米，第一相机4与电池2两点连线，和撞击物出射口与电池两点连线所构成的夹角约为70°。此外，本实施提供的试验系统还包括热电偶3、压力传感器9、烟度测试仪10、氢气浓度测定仪11和网路摄像机13。其中，热电偶分别布置在电池的入射面、出射面等位置上，并固定牢靠；压力传感器9正对于电池样品放置，用于测试试验前后的压力变化。烟度测试仪10与电池两点连线，与垂直方向构成的夹角约为30°。氢气浓度测定仪与电池样品的连线，与烟度测试仪与电池样品的连线所构成的夹角约为10°，视频监控系统中的网路摄像机13与电池2的连线，与氢气浓度测定仪11与电池2的连线所构成的夹角约为5°，无线网桥布置在墙壁上；主控计算机放置在监控室内，便于试验人员的实时监控。此外，本实施例提供的试验系统还包括红外成像仪5，红外成像仪5和电池2的连线，与撞击物出射方向和电池2的连线之间的夹角为45°。此外，本实施例提供的试验系统还包括通信单元14，用于实现主控单元和网络摄像机12之间的无线通信。其中，该通信单元可以为无线网桥。此外，本实施例提供的试验系统还包括手持式红外测距仪12(非固定放置)，用于测量及确定各个设备之间的相互位置。

本实施例中，设计了一套视频监控装置，该装置主要由网络摄像机、通信单元和主控单元组成。图2b为本发明实施例提供的一种视频监控装置的示意图。如图2b所示，主控单元为计算机，通信单元为无线网桥。计算机和摄像机之间通过无线网桥实现无线通信。其中，主控单元用于向网络摄像机发送控制信号；网络摄像机，用于根据控制信号进行参数调节，并将采集的视频数据发送到主控单元。

具体的，网络摄像机允许用户通过10M/100M自适应网络结构实现数字视频信号和摄像机的控制，并可以通过网络命令实现对摄像机参数设置和调节控制，能够远程调节摄像头的焦距和控制摄像头的水平旋转、垂直移动。用于视频监控数据和控制传送的网络链路采用 Winncam 2400高性能电信级室外天线一体化无线网桥。

需要说明的是，本实施例提供的试验系统中各单元的摆放位置还可根据经验值进行任意设置，本实施例对此不做具体限定。上述试验系统能够真实地模拟撞击物先穿透用于保护电池的钢板再镶嵌于电池的情况，有效地模拟电池在遭受撞击物击射时高速撞击或摧毁的试验工况，根据试验结果，可准确的评价电池在遭受撞击物击射时的安全性，是本发明的发明点之一。

本实施例中，第一相机为高速相机。相对于普通相机，高速相机连拍速度更快，每秒可以达到数十帧，甚至数千帧，且每帧的分辨率要高于摄像机。本实施例中，进行电池安全等级的评价的基本条件是撞击物贯穿电池或嵌入电池，而高速相机的主要作用就是证明撞击物确实射入电池或嵌入电池中。此外，在试验过程中，有些电池可能会产生微型火焰，这个现象只通过普通摄像机进行查看是不够的，因此就需要借助高速相机判断微型火焰究竟是电池产生的，还是撞击物产生的。

本实施例中，电池样品，即击射试验对象为氢燃料电池发电系统，燃料为充满状态，便于氢燃料电池发电系统安全性能的横向评价。在荷电状态上，单体电池和模组电池的电量为 100％、50％、0％，便于评价同一电池不同电量条件下安全性能的纵向评价。

为了保证电池在遭受击射时不会掉落，同时也为了夹具对不同外形的电池具有良好的通用性，本实施例提供了一种电池夹具。该电池夹具的框架结构为空心的长方体框架结构，所述长方体框架结构由如下部件组成；

用于连接长方体顶部和底部的四个支撑柱、位于长方体顶部且相对设置的两个第一伸缩梁、位于长方体顶部且相对设置的两个第二伸缩梁，用于将顶部的各第一伸缩梁和各第二伸缩梁连接的四个顶部L型连接件、位于长方体底部且相对设置的两个第一伸缩梁、位于长方体底部且相对设置的两个第二伸缩梁，用于将底部的各第一伸缩梁和各第二伸缩梁相连的四个底部L型连接件；

其中，各顶部L型连接件和各底部L型连接件均为空心结构，用于插入第一伸缩梁和第二伸缩梁，以调整长方体框架的大小；各支撑柱的顶端与顶部L型连接件的拐角处相连；各支撑柱的底端与底部L型连接件的拐角处相连。

具体的，图1a为本发明实施例提供的氢燃料电池发电系统固定装置的结构图；图1b为本发明实施例提供的一种高压氢气罐保护装置的结构设计图，该高压氢气罐保护装置呈箱体结构，箱顶部开有小孔，用于内部输氢管路的伸出，以连接电池样品。如图1a所示，该固定装置主要由如下部件组成：

用于连接长方体顶部和底部的四个支撑柱、沿着撞击物射击方向上，位于长方体顶部且相对设置的两个第一伸缩梁分别为第一前伸缩梁和第一后伸缩梁、在撞击物射击方向左侧，且位于长方体顶部的第二伸缩梁为第一左伸缩梁、在撞击物射击方向右侧，且位于长方体顶部的第二伸缩梁为第二右伸缩梁、用于将顶部的第一前伸缩梁、第一左伸缩梁、第一后伸缩梁和第一右伸缩梁依次连接的四个顶部L型连接件(图1a中表示为上框架)、沿着撞击物射击方向上，位于长方体底部且相对设置的两个第一伸缩梁分别为第二前伸缩梁和第二后伸缩梁)、在撞击物射击方向左侧，且位于长方体底部且相对设置的第二伸缩梁为做第二左伸缩梁、在撞击物射击方向左侧，且位于长方体底部且相对设置的第二伸缩梁为第二右伸缩梁、用于将低部的第二前伸缩梁、第二左伸缩梁、第二后伸缩梁和第二右伸缩梁依次连接的四个底部 L型连接件(图1a中表示为下框架)。

如图1a所示，各顶部L型连接件为空心管状结构，位于长方体顶部的四个拐角位置。对于任意一个顶部L型连接件，其一端用于插入位于长方体顶部的第一伸缩梁，另一端用于插入位于长方体顶部的第二伸缩梁；各底部L型连接件为空心管状结构，位于长方体底部的四个拐角位置。对于任意一个底部L型连接件，其一端用于插入位于长方体底部的第一伸缩梁，另一端用于插入位于长方体底部的第二伸缩梁；各支撑柱的顶端与顶部L型连接件的拐角处相连；各支撑柱的底端与底部L型连接件的拐角处相连；

此外，长方体框架结构的侧面安装有长方形挡板，所述侧面为所述撞击物的入射面。

本实施例中，前后左右可伸缩梁通过和框架之间的伸缩作用来调节长短以将电池样品夹紧；在夹具固定住电池样品后，将前挡板焊于夹具前侧，用于将电池样品封装在电池夹具内部。

具体的，可伸缩梁采用耐高温材质，类磨砂表面；前挡板可以为5mm厚度的Q235材质的钢板，使穿过时损失一部分能量；框架整体材质选用45号钢不淬火硬度小于HRC28，使其具有良好的弯折度，同时能吸收部分冲击能量，避免在受到冲击后出现脆裂。通过采用上述夹具，可保证电池在遭受击射时不会掉落，同时也为了夹具对不同外形的电池具有良好的通用性，以有助于真实地模拟撞击物先穿透用于保护电池的钢板再镶嵌于电池的情况，是本发明的发明点之一。

在场地和试验系统都布置完成后，可开始电池的击射试验。本实施例提供了一种试验方法，该试验方法的可操作性强，便于评价不同的氢燃料电池发电系统遭受击射后的安全性，且产生的试验结果具有良好的重复性和区分性。具体请参阅图3。

图3本发明实施例提供的一种电池安全性试验方法的流程图，如图3所示，在试验正是开始之前，可将电池按照试验规定进行充电，并进行撞击物和撞击物出射装置的选配。在选配工作完成后，需判断天气情况，如果遇到雨雪或大风天气，则试验结束。当天气状况良好时，可继续进行试验。

在试验前，还需检验各仪器的完好性，并将验证完好的仪器摆放到位并加装防撞击物玻璃。然后在电池夹具上安装电池，挡板以及传感器探头。在安装完成后，如果判断出电池出现了自然或爆炸等异常现象，则需重新更换电池样品，即重新执行电池的安装操作。如果安全完成后未出现异常现象，则打开热电偶、高速相机、网络摄像机、无线网桥，主控计算机、红外测距仪、红外成像仪、烟度测试仪和压力传感器等监测仪器的开关进行监测。击射人员隐蔽后开始击射操作。具体击射过程可以为：瞄准电池的几何中心进行击射(使撞击物从垂直于电池极板的方向贯穿、撞击物击射速度不低于750m/s)。如果未击中电池，则重新进行击射操作；如果击中了电池，则记录试验现象，并在各监测仪器内数据都不再变动后，导出监测仪器中的数据，并关闭仪器开关。通过分析试验现象和试验数据，例如，电池鼓胀尺寸、入射和出射孔直径等，得出试验结论。

本实施例中，为了便于评价电池的安全性，可利用电池遭受撞击物侵彻后可能会产生的试验现象，将安全等级从轻到重分为五个级别：二级安全、一级安全、一级危险、二级危险和三级危险。不同的安全等级所对应的试验现象如下表1所示。结合表1，可通过试验现象得到氢燃料电池发电系统的安全等级。

表1安全等级与试验现象对照表

其中，试验现象的判别方法如下：(1)电池出现撞击物穿孔，采用肉眼观察的方式进行判断。(2)电池内部结构有致或扭曲，可采用γ射线切割工具，顺着撞击物击射的方向将电池切开，观察电池内部结构的损伤特性；(3)气体泄漏，可采用试验前后称重法、烟度测试仪或氢气浓度探测器法；(4)明火和爆炸，采用高速相机进行拍照识别。

具体的，对于氢燃料电池发电系统，可通过采用如下安全性检验方法器安全性等级：

如果检测出氢燃料电池发电系统表面未出现撞击物穿孔，则确定氢燃料电池发电系统的安全性等级为二级安全；

如果检测出氢燃料电池发电系统表面出现撞击物穿孔，且检测到氢燃料电池发电系统的内部结构未发生改变，则确定氢燃料电池发电系统的安全性等级为一级安全；

如果检测出氢燃料电池发电系统表面出现撞击物穿孔，且检测到氢燃料电池发电系统出现气体泄漏现象时，则确定氢燃料电池发电系统的安全性等级为一级危险；

如果检测出氢燃料电池发电系统表面出现撞击物穿孔，且检测到出现明火但时，则确定氢燃料电池发电系统的安全性等级为二级危险；

如果检测出氢燃料电池发电系统表面出现撞击物穿孔，且检测到出现明火并发生爆炸现象，则确定氢燃料电池发电系统的安全性等级为三级危险。在上述实施例的基础上，在评价氢燃料电池发电系统在击射试验的安全性时，还可采用试验现象测试方法、电池温度测试方法和烟度测试方法，下面分别对各个方法进行详细介绍。

其中，关于试验现象测试方法，具体是采用第二相机，即数码摄像机，记录试验现象，通过分析试验现象来确定电池的安全性等级。在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的试验系统还包括第二相机(图中未示出)，放置在距离电池样品第三设定距离处，用于记录试验起点到试验结束的全过程中电池的变化现象。其中，该第二相机可以为数码摄像机，第三设定距离可以为2.5米。数码摄像机主要记录击射试验的全流程，可包括被撞击物击中、电池表面是否出现撞击物穿孔、电池跌落、漏液、冒烟、燃烧、爆炸、漏出液体颜色、液体与支架接触后二者的变化、烟雾的颜色、扩散范围、火焰的颜色、火焰的形态、火球直径、火焰长度、爆炸威力和爆炸后碎片的数量等。

其中，关于电池温度测试方法，本实施例采用的是利用热电偶进行测试。在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的温度传感器为热电偶，本实施例采用了六个热电偶，用于检测电池样品在遭受撞击物击射后不同时刻温度的变化情况。利用温度传感器检测到的温度指标与上述试验现象均可作为评价电池安全性的标准。具体的，利用检测到的温度指标，可对同一安全等级内的电池进行更进一步的细致分类，即，按照试验现象可对电池的安全性等级进行粗略划分，再按温度指标可对电池的安全性等级进行精细划分，温度指标和试验现象二者相互依存，互相印证，使得试验结果具有良好的区分性，是本发明的发明点之一。其中，本实施例提供的温度传感器可优选为K行温度传感器，该温度传感器的探测点的布局图请参阅图4。

如图4所示，第一热电偶对应的第一测点a布置在撞击物入射面上，距离电池几何中心 3厘米处；第二热电偶对应的第二测点b布置在撞击物出射面上，距离电池几何中心3厘米处；第三热电偶对应的第三测点c布置在电池漏气阀处；第四热电偶对应的第四测点d布置在电池正上方12厘米处，这样设置，是因为根据试验数据可知12厘米处是大型电池火焰喷射的焰心处，小型电池火焰喷射的外焰处。第五热电偶对应的第五测点e布置在电池正上方 18厘米处，这样设置，是因为根据试验数据可知18厘米处是大型电池火焰喷射的外焰处；第六热电偶对应的第六测点f布置在电池的前偏左30°，距电池14厘米处，这样设置，是因为由试验数据可知14厘米处是大部分电池弹孔喷射火焰的外焰处。

本实施例中，通过热电偶可分析的内容包括：温度曲线趋势、射入点温度、起火点温度、温度上升期、温度平稳期、温度下降期、不同温度阶段持续时间、最高温度、最低温度和平均温度。

其中，关于烟度测试方法，本实施例提供的烟度测试仪用于在电池产生冒烟、喷烟现象后，对在烟度测试仪器中显示出的烟尘浓度、不透光度、平均颗粒直径、颗粒成分进行测试。具体的，可将撞击物射入电池时刻作为测试零点，各指标数据恒定不变时刻作为测试终点，烟度测试仪的采集频率为1次/秒，即可对上述四个指标绘制曲线，通过对比不同电池的四个指标曲线的最高点、最低点、曲线走势、曲线升高与降低速率等得出电池的损伤程度。特别指出的是，为保证烟度测试仪器数值的精确性，试验必须在无雨雪无风且天气晴朗的条件下进行。

在上述实施例的基础上，为了增加击射试验对象参数的完整性，本发明实施例还提供了一种尺寸测量方法，主要包括如下三个方面：

(1)利用直尺测量电池的长宽高等外观尺寸。

(2)利用红外测距仪测量现场测试仪器导出图像的尺寸，再根据比例尺对应关系加以计算。具体的，该红外测距仪可通过测量视频影像中火焰尺寸和烟雾扩散范围，并按照比例尺计算出火焰长度和烟雾扩散范围等参数的理论值。

(3)对电池的撞击物射入孔和射出孔的尺寸测量采用间接测量法，先在弹孔口外沿涂抹甲基红和鞣酸试剂，再用宣纸进行拓印，待宣纸上的印文干燥之后，利用游标卡尺测量印文最大外边缘的尺寸。

本实施例这样设置，可得到安全等级下更细的指标，例如烟雾扩散范围和火焰长度等，利用这些指标，可对同一安全等级的电池进行危险性程度的排序，从而满足不同应用场景的适应性的需求，是本发明的发明点之一。例如：有两块电池进行了击射试验，对于A用户而言，他只需要知道电池的安全等级，那么他无需再测量火焰长度等细微参数，只观察现象来判断等级即可；对于B用户而言，他更想知道那种电池更加安全，因此就需要比对烟雾扩散范围和火焰长度等细微参数。

在上述实施例的基础上，为了便于对试验现象进行分析，可将试验过程中的数据进行记录。具体可记录如下数据：电池的基本参数(电池编号、电池类型、电池容量、电池电量和电池厂家)、测试条件(电池序号、侵彻挡板厚度、钨钢板厚度、击射距离、撞击物类型、撞击物速度)、气象条件(大气温度、相对湿度、大气压力、风速、风向和天气情况)、试验过程中的试验现象、电池表面温度、电池表面最高温度和平均温度、电池弹孔尺寸以及试验结论等。

本实施例提供的技术方案，提供了一种电池安全性的试验系统，该试验系统包括被射单元、击射单元和监测单元；其中，被射单元包括：电池支架、电池夹具和电池样品；击射单元包括：撞击物出射装置、支撑撞击物出射装置的支架和撞击物；监测单元包括第一相机和撞击物测速仪。其中，电池支架，用于支撑电池夹具；电池样品作为试验对象，通过电池夹具进行固定；撞击物出射装置，放置在距离电池样品第一设定距离处，用于向垂直于电池极板的方向发射撞击物；撞击物测速仪用于监测撞击物在发射过程中的速度；第一相机，放置在距离电池样品第二设定距离处，用于记录撞击物侵彻电池样品后电池样品出现的现象。该系统能够真实地模拟撞击物先穿透用于保护电池的钢板再镶嵌于电池的情况。通过记录撞击物侵彻电池样品后电池样品出现的现象，可用该现象来评价该电池样品在遭受撞击物击射时的安全性等级，使得产生的试验结果具有良好的重复性和区分性。

以上对本发明实施例公开的电池安全性的试验系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种氢燃料电池发电系统安全性的试验系统，其特征在于，包括：被射单元、击射单元、监测单元、网络摄像机、通信单元和主控单元；其中，所述被射单元，包括：电池支架、发电系统固定装置和电池样品；所述击射单元，包括：撞击物出射装置、支撑所述撞击物出射装置的支架和撞击物；所述监测单元，包括：第一相机和撞击物测速仪；其中，

所述电池支架，用于支撑所述电池夹具；

所述电池样品作为试验对象，通过所述电池夹具进行固定；

所述主控单元，通过所述通信单元与所述网络摄像机连接，用于向所述网络摄像机发送控制信号；

所述网络摄像机，用于根据所述控制信号进行参数调节，并基于调节后的参数采集视频数据，并将采集到的视频数据发送到所述主控单元；

所述撞击物出射装置，放置在距离所述电池样品第一设定距离处，用于向垂直于电池极板的方向发射撞击物；所述撞击物测速仪用于监测撞击物在发射过程中的速度；

所述第一相机，放置在距离所述电池样品第二设定距离处，用于记录撞击物侵彻所述电池样品后所述电池样品出现的现象，所述现象用于评价该电池样品在遭受撞击物击射时的安全性等级；

其中，所述电池样品在撞击物击射后出现的现象包括如下一种或多种：

电池表面出现撞击物穿孔、内部结构发生改变、电池泄漏气体或液体、所述气体或液体有毒性、出现明火和出现明火后发生爆炸；

其中，所述发电系统固定装置的框架结构为空心的长方体框架结构，其内部用于容纳电池样品；所述长方体框架结构由如下部件组成；

用于连接长方体顶部和底部的四个支撑柱、位于长方体顶部且相对设置的两个第一伸缩梁、位于长方体顶部且相对设置的两个第二伸缩梁，用于将顶部的各第一伸缩梁和各第二伸缩梁连接的四个顶部L型连接件、位于长方体底部且相对设置的两个第一伸缩梁、位于长方体底部且相对设置的两个第二伸缩梁，用于将底部的各第一伸缩梁和各第二伸缩梁相连的四个底部L型连接件；

其中，各顶部L型连接件和各底部L型连接件均为空心管状结构，分别位于长方体顶部和底部的四个拐角位置，用于插入第一伸缩梁和第二伸缩梁，以调整长方体框架的大小；各支撑柱的顶端与顶部L型连接件的拐角处相连；各支撑柱的底端与底部L型连接件的拐角处相连；

所述长方体框架结构的侧面安装有长方形挡板，所述侧面为所述撞击物的入射面。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述试验系统还包括：

第二相机，放置在距离所述电池样品第三设定距离处，用于记录试验起点到试验结束的全过程中电池的变化现象；

其中，所述变化现象包括如下一种或多种：包括被撞击物击中、电池跌落、漏液、冒烟、燃烧、爆炸、漏出液体颜色、液体与支架接触后二者的变化、烟雾的颜色、扩散范围、火焰的颜色、火焰的形态、火球直径、火焰长度和爆炸后碎片的数量。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述试验系统还包括：

六个热电偶，用于检测所述电池样品在遭受撞击物击射后不同时刻温度的变化情况；

其中，第一热电偶对应的第一测点布置在撞击物入射面上，距离电池几何中心3厘米处；第二热电偶对应的第二测点布置在撞击物出射面上，距离电池几何中心3厘米处；第三热电偶对应的第三测点布置在电池漏气阀处；第四热电偶对应的第四测点布置在电池正上方12厘米处；第五热电偶对应的第五测点布置在电池正上方18厘米处；第六热电偶对应的第六测点布置在电池的前偏左30°，距电池14厘米处。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述撞击物测速仪的个数为两个，分别为沿着撞击物发射方向前后设置的第一撞击物测速仪和第二撞击物测速仪；

其中，第一撞击物测速仪与第二撞击物测速仪之间的间距为1米；

第二撞击物测速仪与撞击物出射口的间距为1.5米；

所述撞击物出射口与电池入射表面的距离为100米。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述试验系统还包括：

烟度测试仪，布置在距离电池样品第四设定距离处，所述烟度测试仪与电池样品两点连线，和撞击物出射口与电池样品两点连线所构成的夹角为60°，所述烟度测试仪用于检测所述电池样品在遭受撞击物击射时是否产生冒烟现象，以确定该电池样品在遭受撞击物击射时的安全性等级。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述长方形挡板为钨钢合金材质。

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