CN208109740U - 一种锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，包括燃烧爆炸试验箱、锂电池引燃装置、烟气分析设备、温度采集箱和温度传感器，烟气分析设备与燃烧爆炸试验箱内部相通，锂电池引燃装置与燃烧爆炸试验箱相连。温度传感器外接温度采集箱，温度采集箱和烟气分析设备均与数据采集仪连接。其中，锂电池引燃装置包括针刺设备、充放电设备、短路设备和/或加热器，针刺设备可伸入燃烧爆炸试验箱内。本实用新型能对锂离子电池进行针刺、短路、过充和外部高温试验，来研究电池可能的燃烧爆炸情况，能测试锂离子电池在针刺、外部高温作用、过充放电等条件下烟气的释放情况，尤其适用于锂离子电池燃烧爆炸危险性的全面评价。

Description

一种锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置

技术领域

本实用新型属于实验设备技术领域，尤其涉及一种锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置。

背景技术

随着新能源技术的快速发展，锂离子电池在人们现代生活中的应用也越来越广泛，由锂离子电池故障引发火灾的案例逐渐增多，对锂离子电池火灾危险性进行研究早已是新能源领域重要的研究内容之一，认识掌握锂离子电池燃烧爆炸的规律与特点，收集相关危险性参数，将有助于公安消防部门对涉及锂离子电池火灾的处置能力，进一步推动火灾安全性更高的电池技术的开发与应用。

目前我国通常对于锂离子电池安全性的研究和分析测试手段(如GB/T 31485、GB/T 31486和GB/T 31467等)主要集中于研究锂离子电池受到针刺、挤压、过充放电、短路、外部火烧等条件下的安全性表现。这些传统的测试方法更多的侧重于锂离子电池电性能安全性的评价，从火灾危险性角度只关注了锂离子电池是否存在泄漏、着火或爆炸的情况，而忽视了锂离子电池的烟气毒性危险性。

锂离子电池在烟气释放过程中内部有复杂的电化学反应发生，锂离子电池的种类结构、故障类型等因素均对其产生的烟气有重要影响。众所周知，火灾中的有毒烟气往往是造成人员伤亡的最直接原因，锂离子电池在故障中有毒烟气释放的检测分析对于综合评价其火灾危险性非常重要。

现有的GB/T 8627通过特定的烟密度仪可测试试样在燃烧条件下的产烟释放；锥形量热仪也可测试样品在敞开条件下的烟气释放；ISO19700和GB/T 20285等标准用于评价材料热分解产生的烟气毒性，是测试材料烟气毒性的重要方法。上述标准或测试手段主要针对材料样品进行测试，对测试的样品有严格的尺寸要求，且测试过程不涉及爆炸反应，无法用于尺寸各异的锂离子电池产品的测试。

总之，现有的用于研究锂离子电池安全性的试验装置和材料烟气释放的试验装置均存在明显的测试功能局限性，不能对锂离子电池的烟气释放进行检测。

实用新型内容

本实用新型旨在提供锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，在锂电池燃烧爆炸试验时，可测试分析所产生的有毒烟气。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，包括燃烧爆炸试验箱、锂电池引燃装置、烟气分析设备、温度采集箱和温度传感器，所述烟气分析设备与燃烧爆炸试验箱内部相通，所述锂电池引燃装置与燃烧爆炸试验箱相连，所述温度传感器设于燃烧爆炸试验箱内，温度传感器外接温度采集箱。

进一步的，所述温度采集箱和烟气分析设备均与数据采集仪连接。

其中，所述锂电池引燃装置包括针刺设备、和/或充放电设备、和/或短路设备、和/或加热器，所述针刺设备可伸入燃烧爆炸试验箱内，所述充放电设备、短路设备和加热器均设于燃烧爆炸试验箱外。

进一步的，所述加热器设于燃烧爆炸试验箱底面。

进一步的，所述针刺设备从燃烧爆炸试验箱顶面垂直伸入燃烧爆炸试验箱内。

其中，所述燃烧爆炸试验箱顶面有通孔，所述针刺设备穿过通孔伸入燃烧爆炸试验箱内，所述通孔配有金属螺帽。

进一步的，所述燃烧爆炸试验箱上设有两个接线柱，两个接线柱均连接有导线，所述导线位于燃烧爆炸试验箱内，所述充放电设备或短路设备与两个接线柱电联接。

进一步的，所述燃烧爆炸试验箱上设有防爆阀。

进一步的，所述烟气分析设备的烟气采集管经燃烧爆炸试验箱侧面的侧开孔伸入燃烧爆炸试验箱内，所述烟气采集管伸进2cm-3cm到燃烧爆炸试验箱内。

其中，所述燃烧爆炸试验箱包括箱体和上盖，所述上盖位于箱体顶部，所述上盖通过螺钉固定在箱体上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.现有技术中针对锂离子电池安全性的检测设备均还没有涉及电池燃烧爆炸后烟气毒性的检测，本实用新型在锂离子电池燃烧爆炸试验时，可测试分析所产生的有毒烟气；

2.本实用新型能对锂离子电池进行针刺、短路、过充和外部高温试验，来研究电池可能的燃烧爆炸情况，能测试锂离子电池在针刺、外部高温作用、过充放电等条件下烟气的释放情况，尤其适用于锂离子电池燃烧爆炸危险性的全面评价。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是锂离子电池穿刺试验释放的气体中CO的浓度曲线图；

图3是锂离子电池穿刺试验过程中测得的表面温度变化曲线图；

图4是锂离子电池外部高温试验释放的气体中CO的浓度曲线图；

图5是锂离子电池外部高温试验过程中测得的表面温度变化曲线图；

图中：1-燃烧爆炸试验箱、2-导线、3-上盖、4-防爆阀、5-接线柱、6-通孔、7-针刺设备、8-充放电设备或短路设备、9-温度采集箱、10-数据采集仪、11-烟气分析设备、12-侧开孔、13-温度传感器、14-加热器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型公开的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，包括燃烧爆炸试验箱1、锂电池引燃装置、烟气分析设备11、温度采集箱9和温度传感器13，烟气分析设备11与燃烧爆炸试验箱1内部相通，锂电池引燃装置与燃烧爆炸试验箱1相连，温度传感器13设于燃烧爆炸试验箱1内，温度传感器13能直接贴附在电池表面测量温度；温度传感器13外接温度采集箱9，温度采集箱9和烟气分析设备11均与数据采集仪10连接，将采集的数据输出到数据采集仪保存分析。

其中，锂电池引燃装置包括针刺设备7、和/或充放电设备、和/或短路设备、和/或加热器14，针刺设备7可伸入燃烧爆炸试验箱1内，充放电设备、短路设备和加热器14均设于燃烧爆炸试验箱1外。

燃烧爆炸试验箱1上设有防爆阀4。烟气分析设备11的烟气采集管经燃烧爆炸试验箱1侧面的侧开孔12伸入燃烧爆炸试验箱1内，烟气采集管伸进2cm-3cm到燃烧爆炸试验箱1内。加热器14设于燃烧爆炸试验箱1底面，用于对燃烧爆炸试验箱1进行加热。针刺设备7从燃烧爆炸试验箱1顶面垂直伸入燃烧爆炸试验箱1内，燃烧爆炸试验箱1顶面有通孔6，针刺设备7穿过通孔6伸入燃烧爆炸试验箱1内进行对电池的针刺试验，若不进行针刺试验，可将针刺设备7取出，通孔6用金属螺帽封闭。燃烧爆炸试验箱1上设有两个接线柱5，两个接线柱5均连接有导线2，导线2位于燃烧爆炸试验箱1内，导线2为铜导线，连接两个接线柱5的导线2可分别直接与锂离子电池的正负极连接。充放电设备或短路设备8通过铜导线与两个接线柱5连接。

其中，燃烧爆炸试验箱1包括箱体和上盖3，上盖3位于箱体顶部，上盖3通过四周的螺钉固定在箱体上。其中，温度采集箱9连接温度传感器13的数据线经燃烧爆炸试验箱1侧面上方的空隙进入箱体内，通孔6、防爆阀4和接线柱5设于上盖3上，侧开孔12设于箱体上。

本实用新型的工作原理，试验时将温度传感器13贴附在被测的锂离子电池表面，连接于接线柱5的两根导线2分别连接该锂离子电池的正负极，然后将该锂离子电池固定于燃烧爆炸试验箱1内，安装固定好上盖3。

(1)、若进行针刺试验，则使用针刺设备7穿过试验箱上盖3从上往下对固定于内部的电池进行针刺试验，开启温度传感器13和烟气分析设备11，开始记录温度和烟气信号，针刺设备7刺进电池内部使得电池发热冒烟甚至燃烧爆炸，持续记录整个过程的温度和烟气释放变化，直到电池温度出现下降，并且不再释放烟气，停止测试；

(2)、若进行外部高温试验，则使用加热器14对燃烧爆炸试验箱1进行加热，开启温度传感器13和烟气分析设备11，开始记录温度和烟气信号，直到电池温度出现下降，并且不再释放烟气，停止测试；

(3)、若进行过充放电试验，则将充放电设备与燃烧爆炸试验箱1的上盖3的正负极接线柱连接，对内部已连接的电池进行充放电，开启温度传感器13和烟气分析设备11，开始记录温度和烟气信号，直到电池温度出现下降，并且不再释放烟气，停止测试；

(4)、若进行短路试验，则将短路试验设备与燃烧爆炸试验箱1上盖3的正负极接线柱连接，对内部已连接的电池进行短路试验，开启温度传感器13和烟气分析设备11，开始记录温度和烟气信号，直到电池温度出现下降，并且不再释放烟气，停止测试。

实验例1：以针刺试验、试验样品为某市售锂离子电池为例，用本实用新型一种锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置进行试验的步骤如下：

(1)、将温度传感器13贴附在待测的18650型锂离子电池表面；

(2)、将待测的锂离子电池固定于燃烧爆炸试验箱1内，盖上箱体的上盖3，打开整套试验装置的电源及控制开关(图中未示出)；

(3)、启动针刺设备7，对电池进行针刺，并计时，同时开启温度采集箱9和烟气分析设备11，进行电池表面温度和产生烟气的数据采集；

(4)、当电池表面温度下降且检测到的烟气浓度下降时终止试验，将针刺设备7和烟气采集设备11移出燃烧爆炸试验箱1，关闭试验装置。结果如图2、3所示，分别示出了锂离子电池穿刺试验释放的气体中CO的浓度曲线和锂电池的表面温度变化曲线。

实验例2：以外部高温、试验样品为某市售锂离子电池为例，用本实用新型一种锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置进行试验的步骤如下：

(1)、将温度传感器13贴附在待测的18650型锂离子电池表面；

(2)、将待测的锂离子电池固定于燃烧爆炸试验箱1内，盖上箱体上盖3，打开整套试验装置的电源及控制开关；

(3)、开启加热器14，控制加热温度约560℃，对燃烧爆炸试验箱1进行加热，并计时，同时开启温度采集箱9和烟气分析设备11，进行电池表面温度和产生烟气的数据采集；

(4)、当电池表面温度下降且检测到的烟气浓度下降时终止试验，关闭加热器14，将烟气采集设备11移出燃烧爆炸试验箱1，关闭试验装置。结果如图4、5所示，分别示出了锂离子电池外部高温试验释放的气体中CO的浓度曲线和锂电池的表面温度变化曲线。

本实用新型能快速、便捷的开展锂离子电池燃烧爆炸试验用于检测产生的有毒烟气，可分别对锂离子电池进行针刺、外部高温、过充放电、短路等试验研究其燃烧爆炸情况，通过对试验过程中产生烟气的分析全面测定锂离子电池燃烧爆炸产生的火灾危险性。试验操作简单，安全可靠，费用较低。

当然，本实用新型还可有其它多种实施方式，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于:包括燃烧爆炸试验箱(1)、锂电池引燃装置、烟气分析设备(11)、温度采集箱(9)和温度传感器(13)，所述烟气分析设备(11)与燃烧爆炸试验箱(1)内部相通，所述锂电池引燃装置与燃烧爆炸试验箱(1)相连，所述温度传感器(13)设于燃烧爆炸试验箱(1)内，所述温度传感器(13)外接温度采集箱(9)。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于：所述温度采集箱(9)和烟气分析设备(11)均与数据采集仪(10)连接。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于：所述锂电池引燃装置包括针刺设备(7)、和/或充放电设备、和/或短路设备、和/或加热器(14)，所述针刺设备(7)可伸入燃烧爆炸试验箱(1)内，所述充放电设备、短路设备和加热器(14)均设于燃烧爆炸试验箱(1)外。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于：所述加热器(14)设于燃烧爆炸试验箱(1)底面。

5.根据权利要求3所述的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于：所述针刺设备(7)从燃烧爆炸试验箱(1)顶面垂直伸入燃烧爆炸试验箱(1)内。

6.根据权利要求3所述的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于：所述燃烧爆炸试验箱(1)顶面有通孔(6)，所述针刺设备(7)穿过通孔(6)伸入燃烧爆炸试验箱(1)内，所述通孔(6)配有金属螺帽。

7.根据权利要求3所述的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于：所述燃烧爆炸试验箱(1)上设有两个接线柱(5)，两个接线柱(5)均连接有导线(2)，所述导线(2)位于燃烧爆炸试验箱(1)内，所述充放电设备或短路设备与两个接线柱(5)电联接。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于：所述燃烧爆炸试验箱(1)上设有防爆阀(4)。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于：所述烟气分析设备(11)的烟气采集管经燃烧爆炸试验箱(1)侧面的侧开孔(12)伸入燃烧爆炸试验箱(1)内，所述烟气采集管伸进2cm-3cm到燃烧爆炸试验箱(1)内。

10.根据权利要求1或6所述的锂离子电池燃烧爆炸危险性试验装置，其特征在于：所述燃烧爆炸试验箱(1)包括箱体和上盖(3)，所述上盖(3)位于箱体顶部，所述上盖(3)通过螺钉固定在箱体上。