CN116183666A - 电池热滥用测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池热滥用测试装置，装置中，试验舱为密闭结构，试验舱经由可打开的密封隔板分为上层的反应舱和下层的沉水池；热电偶设于反应舱以测量测试样品电池在热失控过程中各部位的温度以及测试样品电池在冒烟起火过程中烟气或火焰范围内的温度，压力传感器设于反应舱以测量测试样品电池在热失控过程以及冒烟起火过程的反应舱内压力，红外摄像头拍摄测试样品电池燃烧火焰的图像并标示火焰各部位的温度，气相分析装置连通烟气收集装置以进行气体成分分析，控制系统开启密封隔板以将测试样品电池沉入沉水池中，控制系统控制灭火系统及检测系统对测试样品电池进行不同热失控阶段及扩散的燃烧状态和产气分析。

Description

电池热滥用测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种电池热滥用测试装置及测试方法。

背景技术

随着新能源汽车的普及程度的提高，其核心能源动力电池的安全性也越来越受到关注。动力电池过充或新能源汽车事故所引起的短路等原因会造成电池系统部分单体出现热失控，进而发生热失控扩展等安全事故，严重威胁驾驶人员的人身安全，因此对电池热失控以及失控之后的燃烧分析和产气分析一直是新能源汽车电池安全性能研究中的重点。

现有技术中，付望等人发明的“电池热扩散测试装置”(CN215894290U)能够对电池的热扩散过程进行测试，同时能够通过灌水终止测试过程，保证安全性。但该设备因测试空间狭小，无法进行大容量样品的测试，且无法观察测试过程中电池的状态。刘磊等人发明的“一种并联电池组电连接对热扩散影响的测试方法”(CN111913120A)中，提出了一种能够测试并联电池组热扩散过程中的扩散速率的方法，该方法更侧重于热失控扩展中扩散速率的检测，对其他燃烧参数没有关注。范秋月等人发明的“一种锂电池热扩散试验装置”(CN210690772U)给出了一种能够对电池热扩散过程进行视频监控的测试装置，能够使用红外线摄像头对电池的热失控及扩散过程进行全程监控。

电池的热失控、燃烧以及产气过程是一个非常复杂的过程，整个过程伴随着冒烟、排气、起火甚至爆炸等剧烈的反应，且各个反应阶段产生的物质有很大差别，因此使用单一功能的测试设备和方法很难对热失控过程进行系统全面的研究。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池热滥用测试装置及测试方法，能够在电池热失控及扩散测试过程分析的同时，检测燃烧产出的气体成分、烟气成分；研究燃烧特性、火焰分布；可根据试验要求对电池进行冷冻终止热失控过程，进而研究不同热失控阶段的产气放热特性；装置还配有沉水和喷淋两种灭火功能，可根据需要进行选择，保证测试人员和设备的安全。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种电池热滥用测试装置包括：

试验舱，其为密闭结构，所述试验舱经由可打开的密封隔板分为上层的反应舱和下层的沉水池，待测试的测试样品电池支承于所述密封隔板上以在反应舱内进行测试；

排烟罩，其设于所述反应舱顶部以排出气体；

检测系统，其包括，

燃烧分析系统，其包括，

热电偶，其设于所述反应舱以测量测试样品电池的温度，

压力传感器，其设于所述反应舱以测量反应舱内压力，

红外摄像头，其可调节地设于所述反应舱，所述红外摄像头拍摄测试样品电池燃烧火焰的图像并标示火焰各部位的温度，

产气分析系统，其包括，

烟气收集装置，其经由排烟管道连通所述排烟罩以收集来自反应舱的气体，

气相分析装置，其连通所述烟气收集装置以进行气体成分分析，

灭火系统，其包括，

喷淋系统，其包括水泵、连通所述水泵的喷淋管路和连通所述喷淋管路的喷淋头，所述喷淋头设于所述反应舱内，

液氮冷却系统，其包括存储液氮的存储罐、连通所述存储罐的液氮泵、连通所述液氮泵的液氮输送管道和连通所述液氮输送管道的液氮喷口，所述液氮喷口设于所述反应舱内，

第一电磁阀，其设于所述喷淋管路，

第二电磁阀，其设于所述液氮输送管道；

控制系统，其连接所述密封隔板、检测系统和灭火系统，

响应于沉水指令，控制系统开启密封隔板以将测试样品电池沉入沉水池中，

响应于检测指令，控制系统控制灭火系统及检测系统对测试样品电池进行不同热失控阶段及扩散的燃烧状态和产气分析。

所述的一种电池热滥用测试装置中，所述反应舱具有防爆加强结构，其材料包括结构钢或耐高温不锈钢。

所述的一种电池热滥用测试装置中，所述密封隔板的打开方式包括中部打开、边部打开、向两侧分离或者向一侧抽出。

所述的一种电池热滥用测试装置中，所述热电偶为铠装热电偶。

所述的一种电池热滥用测试装置中，所述红外摄像头安装于云台之上，云台具有360°活动的连杆使得红外摄像头无死角地对测试样品电池拍摄。

所述的一种电池热滥用测试装置中，所述烟气收集装置包括至少一层过滤网。

所述的一种电池热滥用测试装置中，所述排烟管道内部设有轴流风机、管道风机或气动风机。

所述的一种电池热滥用测试装置中，所述控制系统包括中央控制器、工业控制器和采集所述热电偶与压力传感器的数据采集装置。

所述的一种电池热滥用测试装置中，反应舱为方形、圆柱形或球形。

所述的一种电池热滥用测试装置的测试方法包括以下步骤，

待测试的测试样品电池支承于所述密封隔板上，测试样品电池在反应舱内进行热失控及扩散测试；

热电偶测量测试样品电池在热失控过程中各部位的温度以及测试样品电池在冒烟起火过程中烟气或火焰范围内的温度，压力传感器测量测试样品电池在热失控过程以及冒烟起火过程的反应舱内压力，红外摄像头拍摄测试样品电池燃烧火焰的图像并标示火焰各部位的温度；

灭火系统在预定时刻终止热失控过程以对电池热失控过程的不同阶段进行燃烧产气分析，其中，气相分析装置连通所述烟气收集装置以进行气体成分分析。

在上述技术方案中，本发明提供的一种电池热滥用测试装置及方法，具有以下有益效果：能够在测试电池热失控及扩散的同时进行燃烧状态和产气分析，可以取得时间轴上统一的电池热滥用测试数据；液氮急冻装置可以在任何时间终止热失控过程，因此可以对电池热失控过程的不同阶段进行燃烧产气分析；结合自由热电偶、红外线防爆摄像头以及压力传感器可以对热失控过程的燃烧火焰状态及放热进行研究测试；沉水和喷淋两种可选择的灭火方式，可灵活把控试验进程，提高安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电池热滥用测试装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种电池热滥用测试装置的试验舱结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种电池热滥用测试装置的排烟管道的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1-3所示，在一个实施例中，本发明的一种电池热滥用测试装置包括，

试验舱1，其为密闭结构，所述试验舱1经由可打开的密封隔板14分为上层的反应舱12和下层的沉水池13，待测试的测试样品电池6支承于所述密封隔板14上以在反应舱12内进行测试；

排烟罩11，其设于所述反应舱12顶部以排出气体；

检测系统，其包括，

燃烧分析系统，其包括，

热电偶53，其设于所述反应舱12以测量测试样品电池6温度，进一步地，在热失控过程中各部位的温度以及测试样品电池6在冒烟起火过程中烟气或火焰范围内的温度，

压力传感器52，其设于所述反应舱12以测量反应舱内压力，进一步地，测试样品电池6在热失控过程以及冒烟起火过程的反应舱内压力，

红外摄像头51，其可调节地设于所述反应舱12，所述红外摄像头51拍摄测试样品电池6燃烧火焰的图像并标示火焰各部位的温度，

产气分析系统，其包括，

烟气收集装置，其经由排烟管道31连通所述排烟罩11以收集来自反应舱12的气体，

气相分析装置3，其连通所述烟气收集装置以进行气体成分分析，

灭火系统，其包括，

喷淋系统，其包括水泵41、连通所述水泵41的喷淋管路43和连通所述喷淋管路43的喷淋头，所述喷淋头设于所述反应舱12内，

液氮冷却系统，其包括存储液氮的存储罐42、连通所述存储罐42的液氮泵46、连通所述液氮泵46的液氮输送管道44和连通所述液氮输送管道44的液氮喷口，所述液氮喷口设于所述反应舱12内，

第一电磁阀45，其设于所述喷淋管路43，

第二电磁阀，其设于所述液氮输送管道44；

控制系统2，其连接所述密封隔板14、检测系统和灭火系统，

响应于沉水指令，控制系统2开启密封隔板14以将测试样品电池6沉入沉水池中，

响应于检测指令，控制系统2控制灭火系统及检测系统对测试样品电池6进行不同热失控阶段及扩散的燃烧状态和产气分析。

所述的一种电池热滥用测试装置的优选实施方式中，所述反应舱12具有防爆加强结构，其材料包括结构钢或耐高温不锈钢。

所述的一种电池热滥用测试装置的优选实施方式中，所述密封隔板14的打开方式包括中部打开、边部打开、向两侧分离或者向一侧抽出。

所述的一种电池热滥用测试装置的优选实施方式中，所述热电偶53为铠装热电偶53。

所述的一种电池热滥用测试装置的优选实施方式中，所述红外摄像头51安装于云台之上，云台具有360°活动的连杆使得红外摄像头51无死角地对测试样品电池6拍摄。

所述的一种电池热滥用测试装置的优选实施方式中，所述烟气收集装置包括至少一层过滤网32。

所述的一种电池热滥用测试装置的优选实施方式中，所述排烟管道31内部设有轴流风机、管道风机或气动风机。

所述的一种电池热滥用测试装置的优选实施方式中，所述控制系统2包括中央控制器、工业控制器和采集所述热电偶53与压力传感器52的数据采集装置。

所述的一种电池热滥用测试装置的优选实施方式中，反应舱12为方形、圆柱形或球形。

在一个实施例中，电池热滥用测试装置包括试验舱1、检测系统、灭火系统和控制系统2四个部分。所述试验舱1是电池热滥用测试的反应主要场所，其主体结构分为上下两层，上层为反应舱12，下层为沉水池13，中间以可以打开的密封隔板14进行隔离。所述上层反应舱12外形结构可为且不限于方形、圆柱形或球形，顶部有收集烟气的喇叭口及排烟管道31；进一步的，所述上层反应舱12应具有防爆加强结构，其组成材料可为且不限于结构钢、耐高温不锈钢等；所述下层沉水池位于试验舱1的下部，内部盛水，其高度应没过电池样品。

所述密封隔板14位于上层反应舱12与下层沉水池之间，其边沿带有密封装置，更够隔绝上层反应舱12和下层沉水池，避免下层沉水池的湿度影响上层反应舱12的测试；进一步的，所述密封隔板14作为电池样品的测试平台，也需具有防爆加强结构，其材质可以是且不限于结构钢和耐高温不锈钢；更进一步的，所述密封隔板14具有可以打开的结构，其打开方式可以是且不限于中部打开、边部打开、向两侧分离或者向一侧抽出等；更进一步的，所述密封隔板14的打开操作由所述控制系统2进行控制。

所述检测系统包括燃烧分析系统和产气分析系统；所述燃烧分析系统包括热电偶53、压力传感器52和防爆红外线摄像头三个组成部分；所述热电偶53位于反应舱12内部，通过补偿导线连接于控制系统2内部的采样设备上；进一步的，所述热电偶53可以通过且不限于架子、万向支架等布置于反应舱12内任何部位，以测量样品在热失控过程中各部位的温度以及在冒烟起火过程中烟气或火焰范围内的温度；更进一步的，所述热电偶53为铠装热电偶，型号可以且不限于K型、S型、T型等。所述压力传感器52布置于反应舱12内壁上，位置可根据测试样品及测试目的进行改变；所述防爆红外摄像头51位于反应舱12的后部，安装于云台之上，云台应具有可360°活动的连杆，保证摄像头可以无死角的对样品进行拍摄；进一步的，防爆的红外摄像头51应具有热成像功能，同时具有温度识别功能，能够在样品反应过程中充满烟尘的情况下清晰的拍摄到样品燃烧的火焰状态并标示火焰各部位的温度。

所述产气分析系统包括烟气收集和气相分析两部分；所述烟气收集装置位于反应舱12上部排烟管道31的后部，由多层过滤网32组成；所述过滤网32可以是且不限于碳纤维、玻璃纤维或滤棉，也可由几种材料混合编制，用于收集电池样品燃烧过程中所释放烟气中的颗粒物；

进一步的，所述过滤网32可以是一层也可以是多层，其数量可根据样品大小和反应剧烈程度进行调节。

所述气相分析装置3位于排烟管道31的末端，为且不限于气相色谱仪等可以进行气体成分分析的设备；更进一步的，所述产气分析系统还应该包含一个用于燃烧产生烟气收集的风机33，安装于排烟管道31内部，可以为且不限于轴流风机、管道风机或气动风机。

所述灭火系统包含喷淋系统和液氮冷却系统；所述喷淋系统由水泵41、喷淋管路43和喷淋头组成；所述水泵41可依据功能需要安装于装置的任何位置，其本身应具有流量可调节功能。

所述喷淋管路43连接水泵41与喷淋头，在喷淋管路43上安装后电磁阀；所述电磁阀受控制系统2控制，可根据试验需要自动或手动开启，实行喷淋灭火；所述喷淋头安装于反应舱12内部，其位置应处于反应舱12上方，集气喇叭口下方；进一步的，所述喷淋头具有对角度旋转功能，可根据测试需要改变喷淋角度。所述液氮冷却系统储存罐、液氮泵46以及液氮输送管道44组成；

所述液氮存储罐42为液氮的专用存储设备，所述液氮泵46安装于存储罐42的上部；所述液氮输送管道44从液氮泵46直接联通到反应舱12，与液氮喷口相连；

进一步的，所述液氮输送管道44上安装有电磁阀，通过控制系统2控制开闭。所述控制系统2由中央控制器、工业控制器和数据采集装置组成；所述中央控制器可以是且不限于普通X86架构个人电脑、工业平板电脑或工控机；进一步的，所述中央控制器中安装有控制软件，可以控制水泵41的开启和转速，也可以控制喷淋管道的电磁阀，进而控制喷淋量和时间；

更进一步的，所述控制软件可以控制液氮泵46和液氮管路上的电磁阀，进而控制液氮冷却系统；更进一步的，所述控制软件可以控制排烟管道31风机的开启和气象分析设备的工作；

更进一步的，所述控制软件可以控制密封隔板14的打开与关闭，控制样品沉水。所述工业控制器是控制系统2的执行机构，负责实现中央控制器发出的命令并传达给电磁阀、水泵41等设备；进一步的，所述工业控制器可以是且不限于PLC、研华或NI的智能控制模块。

所述数据采集装置用于采集所述热电偶53、压力传感器52等的数据；进一步的，所述数据采集装置可以离线采集，也可以与中央控制器相连进行在线数据采集；更进一步的，所述数据采集装置可以是且不限于日置数据采集装置、研华或NI的数据采集模块。

一种电池热滥用测试装置的测试方法包括以下步骤，

待测试的测试样品电池6支承于所述密封隔板14上，测试样品电池6在反应舱12内进行热失控及扩散测试；

热电偶53测量测试样品电池6在热失控过程中各部位的温度以及测试样品电池6在冒烟起火过程中烟气或火焰范围内的温度，压力传感器52测量测试样品电池6在热失控过程以及冒烟起火过程的反应舱12内的压力，红外摄像头51拍摄测试样品电池6燃烧火焰的图像并标示火焰各部位的温度；

灭火系统在预定时刻终止热失控过程以对电池热失控过程的不同阶段进行燃烧产气分析，其中，气相分析装置3连通所述烟气收集装置以进行气体成分分析。

在一个实施方式中，一种电池热滥用测试方法中，测试电池热失控及扩散的同时进行燃烧状态和产气分析；可以迅速冷却不同失控阶段的电池，进行电池不同失控阶段的燃烧产气分析；采用本发明装置提供沉水和喷淋装置，进行电池热滥用不同灭火测试。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上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，对于本领域的普通技术人员，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，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种电池热滥用测试装置，其特征在于，其包括：

试验舱，其为密闭结构，所述试验舱经由可打开的密封隔板分为上层的反应舱和下层的沉水池，待测试的测试样品电池支承于所述密封隔板上以在反应舱内进行测试；

排烟罩，其设于所述反应舱顶部以排出气体；

检测系统，其包括，

燃烧分析系统，其包括，

热电偶，其设于所述反应舱以测量测试样品电池温度，

压力传感器，其设于所述反应舱以测量反应舱内压力，

红外摄像头，其可调节地设于所述反应舱，所述红外摄像头拍摄测试样品电池燃烧火焰的图像并标示火焰各部位的温度，

产气分析系统，其包括，

烟气收集装置，其经由排烟管道连通所述排烟罩以收集来自反应舱的气体，

气相分析装置，其连通所述烟气收集装置以进行气体成分分析，

灭火系统，其包括，

喷淋系统，其包括水泵、连通所述水泵的喷淋管路和连通所述喷淋管路的喷淋头，所述喷淋头设于所述反应舱内，

液氮冷却系统，其包括存储液氮的存储罐、连通所述存储罐的液氮泵、连通所述液氮泵的液氮输送管道和连通所述液氮输送管道的液氮喷口，所述液氮喷口设于所述反应舱内，

第一电磁阀，其设于所述喷淋管路，

第二电磁阀，其设于所述液氮输送管道；

控制系统，其连接所述密封隔板、检测系统和灭火系统，

响应于沉水指令，控制系统开启密封隔板以将测试样品电池沉入沉水池中，

响应于检测指令，控制系统控制灭火系统及检测系统对测试样品电池进行不同热失控阶段及扩散的燃烧状态和产气分析。

2.根据权利要求1所述的一种电池热滥用测试装置，其特征在于，所述反应舱具有防爆加强结构，其材料包括结构钢或耐高温不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种电池热滥用测试装置，其特征在于，所述密封隔板的打开方式包括中部打开、边部打开、向两侧分离或者向一侧抽出。

4.根据权利要求1所述的一种电池热滥用测试装置，其特征在于，所述热电偶为铠装热电偶。

5.根据权利要求1所述的一种电池热滥用测试装置，其特征在于，所述红外摄像头安装于云台之上，云台具有360°活动的连杆使得红外摄像头无死角地对测试样品电池拍摄。

6.根据权利要求1所述的一种电池热滥用测试装置，其特征在于，所述烟气收集装置包括至少一层过滤网。

7.根据权利要求1所述的一种电池热滥用测试装置，其特征在于，所述排烟管道内部设有轴流风机、管道风机或气动风机。

8.根据权利要求1所述的一种电池热滥用测试装置，其特征在于，所述控制系统包括中央控制器、工业控制器和采集所述热电偶与压力传感器的数据采集装置。

9.根据权利要求1所述的一种电池热滥用测试装置，其特征在于，反应舱为方形、圆柱形或球形。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种电池热滥用测试装置的测试方法，其特征在于，其包括以下步骤，

待测试的测试样品电池支承于所述密封隔板上，测试样品电池在反应舱内进行热失控及扩散测试；

热电偶测量测试样品电池在热失控过程中各部位的温度以及测试样品电池在冒烟起火过程中烟气或火焰范围内的温度，压力传感器测量测试样品电池在热失控过程以及冒烟起火过程的反应舱内压力，红外摄像头拍摄测试样品电池燃烧火焰的图像并标示火焰各部位的温度；

灭火系统在预定时刻终止热失控过程以对电池热失控过程的不同阶段进行燃烧产气分析，其中，气相分析装置连通所述烟气收集装置以进行气体成分分析。

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