CN114415028A - 一种锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，所述系统包括真空隔热系统、热失控反应系统和热解气体充放系统，所述热失控反应系统包括密闭反应平台模块和数据采集模块，所述的密闭反应平台模块包括热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱，以及在测试舱上部设置的安全阀和泄压阀。测试系统用于测试电池发生热失控和爆炸时的一个临界点，并通过冲入惰性气体进行衡量，研究其对爆炸的影响，具有时间移植性好、测量数据准确、实时性好、响应特性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池热失控技术领域，具体涉及一种锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统。
背景技术
随着不可再生能源的不断消耗，新能源行业迫切需要得到大力的发展，其中电池能源作为新能源的代表，已经逐渐成为新能源行业的朝阳产业。目前市面可见的可充电电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池以及锂聚合物电池等，他们各有优缺点，其中最为突出的就是锂离子电池，他具有高能量比、长循环使用寿命，特别是锂聚合物电池，外形设计灵活多变，可以被制造商想要的任何形状，故在各行各业得到大量的应用。
锂离子电池技术已经日趋成熟，但是依然存在一些问题，急需我们去解决，如：锂离子电池自身的一些化学和物理的特性，在运输使用过程中受到过度的振动、挤压时极易发生热失控，又因其高能量比，一旦发生热失控那将造成不可估计的后果，正是这一系列的安全问题，制约着锂离子电池的进一步发展。
根据中汽协会数据显示，2021年7月新能源汽车市场呈现出“淡季不淡”的特点，产销环比和同比继续保持增长，且双双创历史新高。2021年7月，新能源汽车产销分别达到28.4万辆和27.1万辆，环比增长14.3％和5.8％，同比增长1.7倍和1.6倍。2021年1-7月，新能源汽车产销分别达到150.4万辆和147.8万辆，同比增长均为2倍。2021年7月，在新能源汽车主要品种中，纯电动和插电式混合动力汽车产销均刷新记录，插电式混合动力汽车环比增速更为明显。纯电动汽车产销同比分别增长1.8倍和1.7倍；插电式混合动力汽车产销同比分别增长1.5倍和1.6倍；燃料电池汽车产销同比分别增长3.6倍和48倍。2021年1-7月，在新能源汽车主要品种中，纯电动汽车产销同比均增长2.2倍；插电式混合动力汽车产销同比分别增长1.1倍和1.3倍；燃料电池汽车产销同比分别增长48.5％和47.7％。
在新能源电动汽车领域里面，锂离子电池已经被作为其移动动力源而广泛使用，众所周知，汽车在行驶的过程当中少不了颠簸，当然交通事故的发生也是不能完全避免，这些碰撞和颠簸就容易导致锂离子电池发生热失控，进一步造成灾害。据不完全统计2011年至今共发生了100多起电动汽车起火事故，并呈现逐年升高的趋势，这些事故一旦发生不仅会带来巨大的经济损失还会造成人员伤亡。如今，国内外在锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体的有效方法和实验平台还不够完善，无法在变压环境及变温环境下来测试锂离子电池爆炸极限与惰化气体的性能；也无法提供锂离子电池多尺度、多场耦合模拟方法研究。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，用于测试电池发生热失控和爆炸时的一个临界点，并通过冲入惰性气体进行衡量，研究其对爆炸的影响，时间移植性好、测量数据准确、实时性好、响应特性好，解决了上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，所述系统包括真空隔热系统、热失控反应系统和热解气体充放系统，所述热失控反应系统包括密闭反应平台模块和数据采集模块，所述的密闭反应平台模块包括热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱，以及在测试舱上部设置的安全阀和泄压阀。
优选的，所述的真空隔热系统包括真空泵，用于对热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱进行抽真空，进行绝缘处理；所述数据采集模块包括数据采集接口，通过数据采集接口，方便进行实时观察分析电池状态。
优选的，所述的热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱的底部还设置有强电插排和弱电插排，所述强电插排用于为测试系统提供动力源，弱电插排便于测试中数据信号传输。
优选的，所述的热解气体充放系统包括充气口和出气口，充气口和出气口用于对惰性气体的充放。
优选的，所述的热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱的底部还设置有点火加温装置，对电池进行均匀加温。
优选的，所述热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱的一侧还设置有温度测试装置，与点火加温装置配合控制对测试舱加温的时间和温度。
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统的测试方法，所述的测试方法包括如下步骤：
S1、打开热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱，将锂离子电池放入并安装设置好，关闭舱门，检查测试舱密闭性，打开真空泵，进行抽真空，对测试平台进行绝缘处理；
S2、调节强电插排，为测试平台提供动力源，打开弱电插排，便于测试中数据信号传输；
S3、开启点火加温装置，对电池进行均匀加温，并通过数据采集接口，进行实时观察分析电池状态，分析热解气体成分；
S4、在充气口冲入惰性气体，观测电池即将发生热失控或者在发生热失控后其剧烈程度和起始热失控时间，峰值温度，热失控持续时间的变化情况，根据数据反应特征，控制舱内压力状态，防止过压；通过出气口排除惰性气体，通过真空泵进行气体抽取，通过数据反馈控制舱内惰性气体的含量；
S5、通过控制加温时间和温度，得到加热时间和外热源温度以及惰性气体浓度之间与热失控爆炸极限的关系，关闭真空泵，关闭点火加温装置，将气体抽取干净，处理电池残渣，提取相关实验数据。
优选的，所述步骤S4中的防止过压是通过安全阀防止过压，并通过反馈给泄压阀进行泄压。
本发明的有益效果是：
1)本发明系统采用热解气体爆炸极限与惰化气体密闭舱，并对其进行绝缘处理，能够探究电池热解气体，热失控爆炸极限临界点，以及惰性气体对极限临界点的影响作用；
2)能够对预防电池热失控发生，以及热解毒害气体预警和降低热失控危险有一定指导作用；
3)能够通过控制加温时间和温度，探究其与热失控爆炸临界点和惰性气体冲入后的耦合关系；
4)特殊设计的真空密闭舱体，在其底部设计了数据接口和信号传输等连接到舱体，方便数据实时准确的采集。
附图说明
图1为本发明系统结构框图；
图2为本发明系统具体结构示意图；
图中，1-热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱；2-安全阀；3-泄压阀；4-充气口；5-出气口；6-真空泵；7-弱电插排；8-强电插排；9-数据采集接口；10-点火加温装置；11-温度测试装置。
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。
请参阅图1-图2，本发明提供一种技术方案：一种锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，如图1所示，所述系统包括真空隔热系统、热失控反应系统和热解气体充放系统，所述热失控反应系统包括密闭反应平台模块和数据采集模块，所述的密闭反应平台模块包括热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱1，以及在测试舱上部设置的安全阀2和泄压阀3。
如图2所示，锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试平台的设计，其表面用一层聚酰亚胺膜进行包裹，以防与外部电路连接造成短路；采用真空冷却装置对环境惰性气体进行抽取，通过充气口冲入气体，控制惰性气体含量；安全阀可防止测试系统过压，通过反馈给泄压阀进行泄压；通过温控装置对电池进行加热，相关数据可实时导出分析。
进一步的，所述的真空隔热系统包括真空泵6，用于对热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱进行抽真空，进行绝缘处理；所述数据采集模块包括数据采集接口(9)，通过数据采集接口，方便进行实时观察分析电池状态。
进一步的，所述的热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱1的底部还设置有强电插排8和弱电插排7，所述强电插排8用于为测试系统提供动力源，弱电插排7便于测试中数据信号传输。
进一步的，所述的热解气体充放系统包括充气口4和出气口5，充气口4和出气口5用于对惰性气体的充放。
进一步的，所述的热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱1的底部还设置有点火加温装置10，对电池进行均匀加温。
进一步的，所述热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱1的一侧还设置有温度测试装置11，与点火加温装置配合控制对测试舱加温的时间和温度。
一种锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统的测试方法，所述的测试方法包括如下步骤：
S1、打开热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱1，将锂离子电池放入并安装设置好，关闭舱门，检查测试舱密闭性，打开真空泵6，进行抽真空，对测试平台进行绝缘处理；
S2、调节强电插排8，为测试平台提供动力源，打开弱电插排7，便于测试中数据信号传输；
S3、开启点火加温装置10，对电池进行均匀加温，并通过数据采集接口9，进行实时观察分析电池状态，分析热解气体成分；
S4、在充气口4冲入惰性气体，观测电池即将发生热失控或者在发生热失控后其剧烈程度和起始热失控时间，峰值温度，热失控持续时间的变化情况，根据数据反应特征，控制舱内压力状态，防止过压；通过出气口5排除惰性气体，通过真空泵6进行气体抽取，通过数据反馈控制舱内惰性气体的含量；
S5、通过控制加温时间和温度，得到加热时间和外热源温度以及惰性气体浓度之间与热失控爆炸极限的关系，关闭真空泵，关闭点火加温装置10，将气体抽取干净，处理电池残渣，提取相关实验数据。
进一步的，所述步骤S4中的防止过压是通过安全阀防止过压，并通过反馈给泄压阀进行泄压。
本发明可实时精确反应电池加热到爆炸临界状态的时间；采用真空泵对环境惰性气体进行抽取，通过充气口冲入气体，控制惰性气体含量；安全阀可防止测试系统过压，通过反馈给泄压阀进行泄压；通过点火加温和温度测试装置对电池进行加热并测试，相关数据可实时导出分析。
本发明通过温控感应和压力阀来测试爆炸极限，数据信号接口分析热解气体成分，通过进出气口系统和真空泵控制惰性气体的含量，探究其对热失控爆炸极限临界点的影响作用。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (8)
1.一种锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，其特征在于，所述系统包括真空隔热系统、热失控反应系统和热解气体充放系统，所述热失控反应系统包括密闭反应平台模块和数据采集模块，所述的密闭反应平台模块包括热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱(1)，以及在测试舱上部设置的安全阀(2)和泄压阀(3)。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，其特征在于：所述的真空隔热系统包括真空泵(6)，用于对热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱进行抽真空，进行绝缘处理；所述数据采集模块包括数据采集接口(9)，通过数据采集接口，方便进行实时观察分析电池状态。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，其特征在于：所述的热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱(1)的底部还设置有强电插排(8)和弱电插排(7)，所述强电插排(8)用于为测试系统提供动力源，弱电插排(7)便于测试中数据信号传输。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，其特征在于：所述的热解气体充放系统包括充气口(4)和出气口(5)，充气口(4)和出气口(5)用于对惰性气体的充放。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，其特征在于：所述的热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱(1)的底部还设置有点火加温装置(10)，对电池进行均匀加温。
6.根据权利要求1或5所述的锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统，其特征在于：所述热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱(1)的一侧还设置有温度测试装置(11)，与点火加温装置配合控制对测试舱加温的时间和温度。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的锂离子电池热解气体爆炸极限与惰化气体测试系统的测试方法，其特征在于：所述的测试方法包括如下步骤：
S1、打开热解气体爆炸极限与惰化气体测试舱(1)，将锂离子电池放入并安装设置好，关闭舱门，检查测试舱密闭性，打开真空泵(6)，进行抽真空，对测试平台进行绝缘处理；
S2、调节强电插排(8)，为测试平台提供动力源，打开弱电插排(7)，便于测试中数据信号传输；
S3、开启点火加温装置(10)，对电池进行均匀加温，并通过数据采集接口(9)，进行实时观察分析电池状态，分析热解气体成分；
S4、在充气口(4)冲入惰性气体，观测电池即将发生热失控或者在发生热失控后其剧烈程度和起始热失控时间，峰值温度，热失控持续时间的变化情况，根据数据反应特征，控制舱内压力状态，防止过压；通过出气口(5)排除惰性气体，通过真空泵(6)进行气体抽取，通过数据反馈控制舱内惰性气体的含量；
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8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：所述步骤S4中的防止过压是通过安全阀防止过压，并通过反馈给泄压阀进行泄压。
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| CN117233209A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-12-15 | 广州海关技术中心 | 锂电池热失控气体爆炸极限装置、系统及使用方法 |
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