CN208568075U - 一种预测锂离子电池热失控的振动探测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种预测锂离子电池热失控的振动探测装置涉及的是一种针对18650型锂离子电池在储存、运输过程中的热失控探测装置和方法，在电池开阀后进行及时预警。包括电池盒和探测处理设备；电池盒由盒体及顶盖组成；盒体内设有电池容纳腔，在盒体的侧面上下方各设有一个连接孔；在顶盖内嵌有PCB板，用于连接探测处理设备；探测处理设备包括震动探测控制部分、数据显示部分、报警装置部分、振动探测部分和冷却装置；振动传感器将采集到的振动信号发送到控制部分，由控制部分向报警装置部分、数据显示部分和冷却装置发送指令，通过报警装置部分进行报警，通过数据显示部分显示失控电池位置，通过冷却装置对电池进行冷却。
Description
技术领域
本实用新型一种预测锂离子电池热失控的振动探测装置涉及的是一种针对18650型锂离子电池在储存、运输过程中的热失控探测装置，在电池开阀后进行及时预警。
背景技术
进入21世纪以来，石油、煤矿等传统能源日益枯竭，目前地球上剩余的石油、煤矿等已经不足以维持人类长期的使用。为了以有限的资源获得更大的能源利用率，电化学能源已经开始逐步替代传统能源，成为人类日常生活中的重要能源来源。
锂离子电池具有体积小、比能量大、环境污染小等众多优点，已经在电子设备、动力能源等领域有了广泛的应用。但是正是由于锂离子电池比能量大等特点，使得其安全性也备受人们的关注。
锂离子电池在储存、运输的过程中，可能由于外部环境变化或电池内部的自反应发生热失控而导致火灾爆炸事故。在温度升高的时，由于电池内部产生气体，压力过大，安全阀会开启并释放出部分气体。在此过程中伴随有振动产生。因此，急需一套专用设备，实时监测电池发生的振动，在安全阀开启后及时对电池或电池组进行降温冷却处理，以防止热失控的发生，从而降低由于电池热失控而发生火灾爆炸事故的风险。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述情况提供一种预测锂离子电池热失控的振动探测装置，可以实时监测电池发生的振动，在安全阀开启后及时对电池或电池组进行降温冷却处理，以防止热失控的发生，从而降低由于电池热失控而发生火灾爆炸事故的风险。
本实用新型时采取以下技术方案实现的：
一种预测锂离子电池热失控的振动探测装置，包括电池盒和探测处理设备；电池盒由盒体及顶盖组成；盒体内设有电池容纳腔，在盒体的侧面上下方各设有一个连接孔，分别用于连接液氮瓶及外界空间；在顶盖内嵌有PCB板（印刷电路板），用于连接探测处理设备；
探测处理设备包括震动探测控制部分、数据显示部分、报警装置部分、振动探测部分和冷却装置；振动探测部分采用振动传感器，所述振动传感器安装在电池容纳腔上方的PCB板上；控制部分包括单片机、振动传感器引脚接口，振动传感器输出端与振动传感器引脚接口相连，振动传感器引脚接口通过信号线与单片机相连，报警装置部分、数据显示部分以及冷却装置分别与控制部分相连；振动传感器将采集到的振动信号发送到控制部分，由控制部分向报警装置部分、数据显示部分和冷却装置发送指令，通过报警装置部分进行报警，通过数据显示部分显示失控电池位置，通过冷却装置对电池进行冷却，以抑制电池的失控反应。
数据显示部分采用市售的LED显示屏，数据显示部分安装在电池盒正面，可以实时在线显示电池盒中每个电池所对应的振动探测设备的振动情况。
报警装置部分采用彩色LED指示灯和蜂鸣器；所述LED指示灯设置在顶盖的PCB板上，LED指示灯的个数与电池容纳腔内所装的电池数相同，LED指示灯与电池容纳腔相对应，分别用于指示电池容纳腔中电池的振动，所述蜂鸣器安装在盒体上。
所述电池容纳腔设置为三排三列，使得每个电池盒可存储9个18650型锂离子电池设备。
所述LED指示灯采用市售的彩色LED指示灯。
在电池容纳腔上部的PCB板上设置有弹簧，弹簧与微型振动传感器相连，以确保每个振动传感器均能与电池紧密接触。
在顶盖上安装有爆破片，若电池发生进一步失控，由于装置内部压力增大，爆破片破碎，释放压力，以防止事故扩大。
冷却装置由专用的液氮瓶组成，正常使用前通过液氮瓶上部阀门向装置内注入氮气，当振动传感器检测到振动后通过下部阀门向装置内注入液氮以冷却电池。
工作原理：一种预测锂离子电池热失控的振动探测装置工作时，由振动传感器接收被检测电池的振动信号，并将信号通过振动传感器引脚接口及线路发送至单片机，由单片机对该振动信号进行判断。单片机根据设定的振动阈值，判断被检测电池是否开阀，并驱动LED指示灯、蜂鸣器、LED显示屏及冷却装置工作。振动传感器引脚接口所外接的振动传感器为高灵敏度、微型全方位振动传感器，在静止状态下为不工作状态，当受到任何程度的动作时就会呈触发状态，从而有脉冲信号唤醒电路。传感器灵敏度较高，即使在静止时，遇到环境的任何不确定性因素也会偶尔触发信号，因此可通过软件设置和电容设置来对传感器灵敏度进行调试处理，以消除外界环境等不确定性因素的影响。
一种预测锂离子电池热失控的振动探测装置的探测方法，包括如下步骤：
1）正常使用前，将液氮瓶上部阀门开启，通过吹扫惰化降低装置内氧气浓度；当装置内部氧气浓度低于0.1%时关闭液氮瓶上部阀门；
2）振动传感器监测对应电池的振动情况，将数据反馈至单片机，并由单片机进行分析对比，计算出振幅最大的电池所在位置，将每个被监测电池的振动情况显示在LED显示屏上；
2-1）当振动传感器未检测到振动时，装置处于正常运行状态，电池所对应的LED指示灯显示绿色；
2-2）当振动传感器检测到振动时，振幅最大的电池所对应的LED指示灯红色闪烁，其他电池所对应的LED指示灯黄色闪烁；液氮瓶下部阀门开启，向装置内充入液氮，以降低电池温度；蜂鸣器发出报警声，提醒人员电池已经开阀，应对电池进行处理，以避免电池进一步热失控而导致火灾爆炸事故。
本实用新型作为针对18650型锂离子电池在储存、运输过程中的热失控振动探测装置和方法，具有操作简单、实时监测、失控报警和失控抑制等优点。能够在锂离子电池的储存、运输过程中，实时监测电池振动，并对已开阀的电池进行报警和冷却降温，以抑制锂电池的进一步失控，防止由于单个电池失控而导致的多个电池连锁失控，阻止锂离子电池热失控事故的进一步扩大。针对锂离子电池在储存、运输过程中的热失控振动探测，极大地保证了锂离子电池在储存、运输过程中的安全性和可靠性。
附图说明
以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型装置的结构示意图；
图2为本实用新型装置电池盒部分的主视图；
图3为图2的右视图；
图4为图2的仰视图；
图5为本实用新型装置的工作流程图；
图中：1、LED显示屏，2、氮气/液氮入口，3、氮气/液氮出口，4、爆破片，5、LED指示灯，6、蜂鸣器，7、弹簧，8、液氮瓶，9、电池盒，9-1、盒体，9-2、顶盖，10、氮气出口，11、液氮出口，12、电池容纳腔,13、PCB板。
具体实施方式
参照附图1～4，本实用新型预测锂离子电池热失控的振动探测装置，包括电池盒9和探测处理设备；电池盒9由盒体9-1及顶盖9-2组成；盒体9-1内设有电池容纳腔12；在盒体9-1的侧面上下方各设有一个连接孔，分别用于连接液氮瓶及外界空间，本实施例中，连接孔分别为氮气/液氮入口2和氮气/液氮出口3；在顶盖9-2内嵌有PCB板13（印刷电路板），用于连接探测处理设备；
探测处理设备包括震动探测控制部分、数据显示部分、报警装置部分、振动探测部分和冷却装置；振动探测部分采用振动传感器，所述振动传感器安装在电池容纳腔12上方的PCB板13上；控制部分包括单片机、振动传感器引脚接口，振动传感器输出端与振动传感器引脚接口相连，振动传感器引脚接口通过信号线与单片机相连，报警装置部分、数据显示部分以及冷却装置分别与控制部分相连；振动传感器将采集到的振动信号发送到控制部分，由控制部分向报警装置部分、数据显示部分和冷却装置发送指令，通过报警装置部分进行报警，通过数据显示部分显示失控电池位置，通过冷却装置对电池进行冷却，以抑制电池的失控反应。
数据显示部分采用市售的LED显示屏1，数据显示部分安装在电池盒9正面，可以实时在线显示电池盒中每个电池所对应的振动探测设备的振动情况。
报警装置部分采用彩色LED指示灯和蜂鸣器；所述LED指示灯5设置在顶盖9-2的PCB板13上，LED指示灯5的个数与电池容纳腔12内所装的电池数相同，LED指示灯5与电池容纳腔12相对应，分别用于指示电池容纳腔12中电池的振动，所述蜂鸣器6安装在盒体9-1上。
所述电池容纳腔12设置为三排三列，使得每个电池盒可存储9个18650型锂离子电池设备。
所述LED指示灯5采用市售的彩色LED指示灯。
在电池容纳腔12上部的PCB板上设置有弹簧7，弹簧7与微型振动传感器相连，以确保每个振动传感器均能与电池紧密接触。
在顶盖上安装有爆破片4，若电池发生进一步失控，由于装置内部压力增大，爆破片4破碎，释放压力，以防止事故扩大。
冷却装置由专用的液氮瓶8组成，正常使用前通过液氮瓶8上部阀门通过氮气出口10向装置内注入氮气，当振动传感器检测到振动后通过下部阀门通过液氮出口11向装置内注入液氮以冷却电池。
本装置适用于18650型锂离子电池的储存及充放电过程，电池盒尺寸为60mm*70mm*75mm。
下面通过实施例结合图5来说明本装置的使用方法。
使用时，通过液氮瓶上部阀门向装置内注入氮气，通过氮气吹扫惰化使装置内氧气量降低至0.1%以下。由吹扫惰化公式可得，需要氮气1695mL。
现假设有9颗18650型锂离子电池存放于装置内，预警方法包括以下步骤：
1）振动传感器监测对应电池的振动情况，将数据反馈至单片机，并由单片机进行分析对比，计算出振幅最大的电池所在位置，将每个被监测电池的振动情况显示在LED显示屏上。
2）当振动传感器未检测到振动时，装置处于正常运行状态，电池所对应的LED指示灯显示绿色。
3）当振动传感器检测到振动时，单片机将振动传感器检测到的信号与设定的阈值进行对比，若最大振幅超过所设定的阈值，振幅最大的电池所对应的LED指示灯红色闪烁，其他电池所对应的LED指示灯黄色闪烁；液氮瓶下部阀门开启，向装置内充入液氮，以降低电池温度；蜂鸣器发出报警声，提醒人员电池已经开阀，应对电池进行处理，以避免电池进一步热失控而导致火灾爆炸事故。
本实用新型实例中，振动传感器选用颖特公司生产的全方位振动传感器（高灵敏度），蜂鸣器采用市售的蜂鸣器，LED指示灯采用市售的彩色LED指示灯，LED显示屏采用市售的LED显示屏。
Claims (8)
1.一种预测锂离子电池热失控的振动探测装置，其特征在于：包括电池盒和探测处理设备；电池盒由盒体及顶盖组成；盒体内设有电池容纳腔，在盒体的侧面上下方各设有一个连接孔，分别用于连接液氮瓶及外界空间；在顶盖内嵌有PCB板，用于连接探测处理设备；
探测处理设备包括震动探测控制部分、数据显示部分、报警装置部分、振动探测部分和冷却装置；振动探测部分采用振动传感器，所述振动传感器安装在电池容纳腔上方的PCB板上；控制部分包括单片机、振动传感器引脚接口，振动传感器输出端与振动传感器引脚接口相连，振动传感器引脚接口通过信号线与单片机相连，报警装置部分、数据显示部分以及冷却装置分别与控制部分相连；振动传感器将采集到的振动信号发送到控制部分，由控制部分向报警装置部分、数据显示部分和冷却装置发送指令，通过报警装置部分进行报警，通过数据显示部分显示失控电池位置，通过冷却装置对电池进行冷却，以抑制电池的失控反应。
2.根据权利要求1所述的预测锂离子电池热失控的振动探测装置，其特征在于：所述数据显示部分采用LED显示屏，数据显示部分安装在电池盒正面，实时在线显示电池盒中每个电池所对应的振动探测设备的振动情况。
3.根据权利要求1所述的预测锂离子电池热失控的振动探测装置，其特征在于：报警装置部分采用彩色LED指示灯和蜂鸣器；所述LED指示灯设置在顶盖的PCB板上，LED指示灯的个数与电池容纳腔内所装的电池数相同，LED指示灯与电池容纳腔相对应，分别用于指示电池容纳腔中电池的振动，所述蜂鸣器安装在盒体上。
4.根据权利要求1所述的预测锂离子电池热失控的振动探测装置，其特征在于：所述电池容纳腔设置为三排三列，使得每个电池盒能存储9个18650型锂离子电池设备。
5.根据权利要求3所述的预测锂离子电池热失控的振动探测装置，其特征在于：所述LED指示灯采用彩色LED指示灯。
6.根据权利要求1所述的预测锂离子电池热失控的振动探测装置，其特征在于：在电池容纳腔上部的PCB板上设置有弹簧，弹簧与微型振动传感器相连，以确保每个振动传感器均能与电池紧密接触。
7.根据权利要求1所述的预测锂离子电池热失控的振动探测装置，其特征在于：在顶盖上安装有爆破片，若电池发生进一步失控，由于装置内部压力增大，爆破片破碎，释放压力，以防止事故扩大。
8.根据权利要求1所述的预测锂离子电池热失控的振动探测装置，其特征在于：冷却装置由专用的液氮瓶组成。
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Cited By (3)
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| CN111208436A (zh) * | 2020-02-21 | 2020-05-29 | 河海大学 | 基于imf能量矩和遗传算法优化svm的储能电池过充诊断方法 |
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