CN208780644U - 锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型锂离子电池热失控产物收集及测试系统涉及一种锂离子电池热失控气体、固体产物收集及在线、离线测试系统，特别适用于在不同参数条件下热失控产物的收集和测试。包括收集装置、温度控制及数据采集装置；收集装置包括顶盖、石英玻璃罩和底座，石英玻璃罩卡罩在底座外部，顶盖覆盖在石英玻璃罩上部；在顶盖上开有通孔，在通孔的上端装有气阀和压力表，在所述底座上设有底座气阀、底座电缆线槽和底盘，在底盘上设有电池加热池，在电池加热池中设有用于放置电池的电池槽；电池加热池内壁设有保温层，并绕有加热电阻丝；在电池加热池的底部和底盘上均设有用于气流流动的通道以及电缆线槽，在电池加热池上设有托盘。
Description
技术领域
本实用新型锂离子电池热失控产物收集及测试系统涉及一种锂离子电池热失控气体、固体产物收集及在线、离线测试系统，特别适用于在不同参数条件下热失控产物的收集和测试。
背景技术
在化石能源日益枯竭的今天，可再生能源越来越得到重视。怎样高效、经济地储存能源，成为迫切需要。电池作为储能系统，可以满足能源储存与使用的需要。随着新能源汽车、电子设备等飞速发展，充放电性能更为强大的小型锂离子电池更是彻底改变了能源消费市场。但在不同使用环境下，特别是高温等热滥用情况下，锂离子电池因其结构与材料的特性，会发生热失控，并释放出气体产物和固体产物组成的烟尘。
通过收集锂离子电池热失控产生的气体产物和固体产物，并通过在线测试和离线测试，可以了解锂离子电池在失控时释放产物的危险，从而了解其危险性的种类和程度，对于锂离子电池的安全使用、运输和储存具有重要的意义，特别是为锂离子电池发生热失控后的事故处置和减小人员、财产损失提供理论依据。
目前，国内外主要分析锂离子电池失控的原因和现象，以及释放气体的毒性和成分等，而对于气体产物各组分浓度的变化过程、燃爆危险性，以及固体产物的热性质等研究较少。也没有专门的系统和设备用于该研究。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述不足之处提供一种锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统，专门用于锂离子电池热失控产物收集和测试，对锂离子电池发生热失控之后的气体产物和固体产物进行在线、离线测试，更好地了解锂离子电池的热失控危险程度。
本实用新型是采取以下技术方案实现的：
锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统包括收集装置、温度控制及数据采集装置；收集装置包括顶盖、石英玻璃罩和底座，所述底座为盘形；石英玻璃罩为圆柱形中空罩体，石英玻璃罩卡罩在底座外部；顶盖为盘形，顶盖覆盖在石英玻璃罩上部；
在顶盖上开有通孔，在通孔的上端装有气阀，用于气流输送；
在顶盖上还设有用于显示锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统内气体压力的压力表（可测试压力范围为：-0.1MPa~3MPa），压力表与顶盖间的管路中还设置有节流阀，防止锂离子电池热失控瞬间释放气体较多，压力过大，破坏压力表；
在所述底座上设有底座气阀和底座电缆线槽，底座气阀用于气流输送，底座电缆线槽用于铺设电加热和温度数据采集的电缆；
在底座上还设有盘形底盘，在底盘上设有电池加热池，所述电池加热池为中空的环形柱体，在电池加热池中设有用于放置电池的电池槽；在电池加热池内壁设有保温层，在电池加热池中部柱体上绕有加热电阻丝；
在电池加热池的底部和底盘上均设有用于气流流动的通道以及电缆线槽；所述电缆线槽用于铺设电加热和温度数据采集电缆；
在电池加热池上设有托盘，用于盛装热失控固体产物。
所述的温度控制及数据采集装置包括电源、温度控制器、热电偶、热电偶传感器和数据采集仪；温度控制器与电源相连，用于调节加热温度和加热功率；所述电源通过电导线与设置在电池加热池内壁的加热电阻丝连接；所述温度控制器采用逐步逼近法的PID控制系统，可实现精度为±0.1℃的温度控制；所述的热电偶传感器通过电缆线连接设置在电池加热池中的热电偶，从而测量锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统内电池表面温度；热电偶传感器与数据采集仪相连，所述数据采集仪可实时采集并自动记录加热温度、加热功率及热电偶传感器的温度数据，用于后续相关分析。
所述保温层采用保温棉。
所述通孔具有两个，上端的气阀分别为第一气阀和第二气阀；
所述顶盖为圆形，顶盖下部半径的比顶盖上部小，顶盖下部卡嵌在石英玻璃罩上部。
所述的温度控制及数据采集装置采用市售现成的一体化控制仪器，其温度控制系统采用逐步逼近法的PID控制系统对加热温度进行控制。
本实用新型采用可调参数的温度控制系统，能够实现在多种参数条件下锂离子电池热失控反应的发生；采用石英玻璃及不锈钢顶盖和底座，能够在方便观察的同时，保证装置的气密性；采用的多通气孔设计，能够实现多气体种类下锂离子电池热失控反应，和热失控气体产物的多种收集方式；采用的托盘及粉尘过滤部件，可以收集热失控反应产生的固体产物。
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是本实用新型系统的收集装置结构示意图；
图2是本实用新型系统的收集装置立体图；
图3是本实用新型系统的收集装置的加热池、底盘和底座的爆炸结构图；
图4是本实用新型系统的收集装置的加热池内部结构示意图；
图5是本实用新型系统的温度控制及数据采集装置结构示意图；
图6是本实用新型系统的收集装置的工作原理图；
图7是本实用新型系统的温度控制及数据采集装置的工作原理框图。
图中：1、第一气阀，2、压力表，3、第二气阀，4、顶盖，5、石英玻璃罩，6、托盘，7、电池加热池，8、气流通道，9、底盘，10、底座，11、电缆线槽，12、底座气阀，13、底座电缆线槽，14、保温层，15、加热电阻丝，16、通孔，17、温度控制及数据采集装置。
具体实施方式
下面通过具体实施例来说明该实用新型应用在锂离子电池热失控产物收集以及测试时的使用方法。
参照图1~图7，锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统包括收集装置、温度控制及数据采集装置17；收集装置包括顶盖4、石英玻璃罩5和底座10，所述底座10为盘形；石英玻璃罩5为圆柱形中空罩体，石英玻璃罩5卡罩在底座10外部；顶盖4为盘形，顶盖4覆盖在石英玻璃罩5上部；
在顶盖4上开有通孔16，在通孔16的上端装有气阀，用于气流输送；图1所示所述通孔16具有两个，上端的气阀分别为第一气阀1和第二气阀3；
在顶盖4上还设有用于显示锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统内气体压力的压力表2；
在所述底座10上设有底座气阀12和底座电缆线槽13，底座气阀12用于气流输送，底座电缆线槽13用于铺设电加热和温度数据采集的电缆；
在底座10上还设有盘形底盘9，在底盘9上设有电池加热池7，所述电池加热池7为中空的环形柱体，在电池加热池7中设有用于放置电池的电池槽；在电池加热池7内壁设有保温层，在电池加热池7中部柱体上绕有加热电阻丝15；
在电池加热池7的底部和底盘9上均设有用于气流流动的通道以及电缆线槽11；所述电缆线槽11用于铺设电加热和温度数据采集电缆；
在电池加热池7上设有托盘6，用于盛装热失控固体产物。
所述的温度控制及数据采集装置17包括电源、温度控制器、热电偶、热电偶传感器和数据采集仪；温度控制器与电源相连，用于调节加热温度和加热功率；所述电源通过电导线与设置在电池加热池内壁的加热电阻丝连接；所述温度控制器采用逐步逼近法的PID控制系统，可实现精度为±0.1℃的温度控制；所述的热电偶传感器通过电缆线连接设置在电池加热池中的热电偶，从而测量锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统内电池表面温度；热电偶传感器与数据采集仪相连，所述数据采集仪可实时采集并自动记录加热温度、加热功率及热电偶传感器的温度数据，用于后续相关分析。
所述保温层14采用保温棉。
所述顶盖4为圆形，顶盖4下部半径的比顶盖4上部小，顶盖4下部卡嵌在石英玻璃罩5上部。
所述的温度控制及数据采集装置17采用市售现成的一体化控制仪器，其温度控制系统采用逐步逼近法的PID控制系统对加热温度进行控制。
实施例1
采用三星牌18650型锂离子电池，初始电量为0，经蓝电牌测试系统充电至100SOC。
1）采用锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统加热锂离子电池，操作方法为：实验前，将待测锂离子电池先放入蓝电牌测试系统，充电至100SOC，然后放入锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统的电池加热池内，将控温系统的温度热电偶使用高温胶带贴合电池外壁；调节控温系统，设置加热温度为300℃，加热功率为400W；
2）按照图1所示将锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统组装（含电池），关闭收集系统底部的底座气阀，关闭锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统上部的第一气阀，将第二气阀开启，并由气体管路经粉尘过滤罐，脱水管等与在线气体检测仪的进气口相连；
3）开启温度控制系统的加热功能，对待测锂离子电池按设定的加热模式进行加热，开启在线气体检测仪的检测功能，对整个失控过程释放的主要气体产物进行浓度测试。
实施例2
采用三星牌18650型锂离子电池，初始电量为0，经蓝电牌测试系统充电至100SOC。
采用本实用新型系统对待测锂离子电池在空气氛围下热失控的气体产物进行收集后，测试其爆炸下限，固体产物收集后，测试其热稳定性，包括以下步骤：
1）采用锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统加热锂离子电池，操作方法为：实验前，将待测锂离子电池先放入蓝电牌测试系统，充电至100SOC，然后放入锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统的电池加热池内，将控温系统的温度热电偶使用高温胶带贴合电池外壁。调节控温系统，设置加热温度为180℃，加热功率为400W；
2）按照图1所示将锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统组装（含电池），关闭收集系统底部的底座气阀，关闭锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统上部的第二气阀，将第一气阀开启，并由气体管路与集气袋相连；
3）开启温度控制系统的加热功能，对待测锂离子电池按设定的加热模式进行加热，开启集气袋气阀，对整个失控过程释放的主要气体产物进行收集；
4）收集到的气体，经爆炸极限测试仪，测试其在空气中的爆炸下限；
5）重复步骤（1）中的操作，并将加热温度每次分别设置为200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃，再重复（2）~（4）操作；
6）收集各组得到的数据，形成爆炸下限数据图表；
7）每组实验气体收集完毕后，停止加热，断开各部分管路的连接，拆开锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统，将锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统托盘上的固体产物进行收集，经研磨后，将固体产物粉末进行热稳定性测试（本实施例采用差式扫描量热法），300℃下热失控的固体产物热稳定性热流曲线。
Claims (6)
1.一种锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统，其特征在于：包括收集装置、温度控制及数据采集装置；收集装置包括顶盖、石英玻璃罩和底座，所述底座为盘形；石英玻璃罩为圆柱形中空罩体，石英玻璃罩卡罩在底座外部；顶盖为盘形，顶盖覆盖在石英玻璃罩上部；
在顶盖上开有通孔，在通孔的上端装有气阀，用于气流输送；
在顶盖上还设有用于显示锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统内气体压力的压力表，压力表与顶盖间的管路中还设置有节流阀，防止锂离子电池热失控瞬间释放气体较多，压力过大，破坏压力表；
在所述底座上设有底座气阀和底座电缆线槽，底座气阀用于气流输送，底座电缆线槽用于铺设电加热和温度数据采集的电缆；
在底座上还设有盘形底盘，在底盘上设有电池加热池，所述电池加热池为中空的环形柱体，在电池加热池中设有用于放置电池的电池槽；在电池加热池内壁设有保温层，在电池加热池中部柱体上绕有加热电阻丝；
在电池加热池的底部和底盘上均设有用于气流流动的通道以及电缆线槽；所述电缆线槽用于铺设电加热和温度数据采集电缆；
在电池加热池上设有托盘，用于盛装热失控固体产物。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统，其特征在于：所述的温度控制及数据采集装置包括电源、温度控制器、热电偶、热电偶传感器和数据采集仪；温度控制器与电源相连，用于调节加热温度和加热功率；所述电源通过电导线与设置在电池加热池内壁的加热电阻丝连接；所述温度控制器采用逐步逼近法的PID控制系统，可实现精度为±0.1℃的温度控制；所述的热电偶传感器通过电缆线连接设置在电池加热池中的热电偶，从而测量锂离子电池热失控气体、固体产物收集系统内电池表面温度；热电偶传感器与数据采集仪相连，所述数据采集仪可实时采集并自动记录加热温度、加热功率及热电偶传感器的温度数据，用于后续相关分析。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统，其特征在于：所述保温层采用保温棉。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统，其特征在于：所述通孔具有两个，上端的气阀分别为第一气阀和第二气阀。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统，其特征在于：所述顶盖为圆形，顶盖下部半径的比顶盖上部小，顶盖下部卡嵌在石英玻璃罩上部。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池热失控气体、固体产物收集及测试系统，其特征在于：所述的温度控制及数据采集装置的温度控制系统采用逐步逼近法的PID控制系统。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020052286A1 (zh) * | 2018-09-13 | 2020-03-19 | 南京工业大学 | 锂离子电池热失控产物收集及测试方法 |
| CN111504848A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-08-07 | 中国科学院物理研究所 | 一种锂电池负极析锂含量测试装置 |
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2018
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