CN209280377U - 电池热失控气体收集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池热失控气体收集装置，包括实验箱中设置可相对移动的固定夹板和滑动夹板，通过固定夹板和滑动夹板对不同的电池样品进行固定，从而能够对多种不同型号、形状的电池样品进行固定效果，并且通过真空换气件抽空实验箱，再由氩气瓶组向实验箱输入氩气进行惰化，能够有效排除空气对热失控实验及产生气体成分的影响，从而通过采集设备收集多组实验气体，获取真实客观的气体成分数据。

Description

电池热失控气体收集装置

技术领域

本实用新型涉及电池领域，特别涉及为一种电池热失控气体收集装置。

背景技术

近年来，在国家政策及补贴的支持下，新能源汽车行业发展迅速，而作为储能装置的锂离子电池也迎来了行业发展的春天。工信部数据统计显示，2017年，我国电池制造业主要产品中，锂离子电池累计完成产量117894.7万自然只，累计同比增长31.25％。然而，在锂离子电池行业快速发展的同时，安全事故也频频发生。由于锂离子电池内部发生热失控会产生热量和可燃性气体，一旦释放与空气中的O₂接触就可能形成燃烧爆炸。因此，锂离子电池热失控火灾爆炸本质上是热解气体的燃烧爆炸，研究分析热失控气体成分及其火灾爆炸特性，对于锂离子电池火灾爆炸风险评估有重要的现实意义；

国外学者Vijay Somandepalli针对软包锂离子电池(7.7Wh，2.1Ah，3.7V)进行热失控实验，测试了不同锂电池电量分别在50％、100％、150％下的释放气体成分；Roth等人利用ARC对18650锂离子电池进行加热，测试了不同锂电池电量100％，150％下的气体成分，两者测试的气体成分差异较大；国内学者秦帅星利用自行搭建的锂电池热失控实验平台收集的热失控气体成分主要是空气；

上述关于锂离子电池热失控产气成分的研究或是针对某一材料体系，或是某几种SOC状态下的研究，没有系统的研究不同材料体系、不同热失控触发方式和实验条件下的锂离子电池热失控气体成分。

实用新型内容

本实用新型提供一种电池热失控气体收集装置，旨在构建一套能够针对多种型号、形状的锂离子电池在不同实验条件下产生气体成分的气体收集装置。

本实用新型为解决技术问题采用如下技术手段：

提供一种电池热失控气体收集装置，包括实验箱、氩气瓶组、真空换气件、门盖、采集设备以及热失控触发设备；

所述实验箱的内部设有固定件，且所述实验箱的一端连接有所述门盖；

所述门盖包括数据接头和氩气管路接头，所述数据接头与热失控触发设备连接，所述氩气管路接头与所述氩气瓶组连接，所述氩气球阀设于所述氩气管路接头上；

所述实验箱的另一端通过排气管路与所述真空换气件连接，所述排气管路上设有第一排气球阀和第二排气球阀，所述第一排气球阀和第二排气球阀之间连接有所述采集设备。

进一步的，所述第一排气球阀与所述实验箱之间设有第一压力表，所述采集设备包括采集管路、采集组件和第二压力表；

所述采集管路与所述排气管路相接通并与所述采集组件连接，且所述采集管路上设置采集球阀，所述第二压力表安装于所述采集球阀与所述采集组件之间。

进一步的，所述采集组件包括若干个取样罐和若干个气袋，所述取样罐和气袋一一连接，若干个所述取样罐均与所述采集管路连接；

所述取样罐与采集管路的连接处设有取样球阀。

进一步的，电池热失控气体收集装置包括监控设备，所述监控设备包括传感器、数据采集器和监控平台，所述传感器、数据采集器和监控平台均与所述数据接头连接。

进一步的，电池热失控气体收集装置包括气体分析仪和分析管路，所述分析管路与所述排气管路相接通并位于所述第一排气球阀与所述实验箱之间，所述分析管路与气体分析仪连接，所述分析管路上设有分析球阀；

所述气体分析仪与所述监控平台连接。

进一步的，所述实验箱的外表面设有观察窗。

进一步的，所述实验箱与所述排气管路的接通处设有滤网。

进一步的，所述固定件包括固定夹板、滑动夹板以及调节组件，所述调节组件分别与所述固定夹板和滑动夹板连接；

所述调节组件包括调节螺母和调节杆；

所述固定夹板和滑动夹板均设有通孔，且两个所述通孔位置对应，所述调节杆穿过所述通过与所述调节螺母螺纹连接。

进一步的，所述门盖采用法兰，所述门盖通过螺丝与所述实验箱的一端连接。

进一步的，所述数据接头采用航天插头。

本实用新型提供一种电池热失控气体收集装置，具有以下有益效果：

实验箱中设置可相对移动的固定夹板和滑动夹板，通过固定夹板和滑动夹板对不同的电池样品进行固定，从而能够对多种不同型号、形状的电池样品进行固定效果，并且通过真空换气件抽空实验箱，再由氩气瓶组向实验箱输入氩气进行惰化，能够有效排除空气对热失控实验及产生气体成分的影响，从而通过采集设备收集多组实验气体，获取真实客观的气体成分数据。

附图说明

图1为本实用新型电池热失控气体收集装置一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型电池热失控气体收集装置一个实施例的局部结构图；

图3为本实用新型电池热失控气体收集装置另一个实施例的局部结构图。

本实用新型为目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型的实施例中的附图，对本实用新型的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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

参考附图1，为本实用新型一实施例中的电池热失控气体收集装置的结构示意图。

一种电池热失控气体收集装置，包括实验箱1、氩气瓶组4、真空换气件803、门盖2、采集设备9以及热失控触发设备3；

实验箱1的内部设有固定件5，且实验箱1的一端连接有门盖2；

门盖2包括数据接头201和氩气管路接头202，数据接头201与热失控触发设备3连接，氩气管路接头202与氩气瓶组4连接，氩气管路接头202上设有氩气球阀203；

实验箱1的另一端通过排气管路8与真空换气件803连接，排气管路8上设有第一排气球阀801和第二排气球阀802，第一排气球阀801和第二排气球阀802之间连接有采集设备9。

结合电池样品与电池热失控气体收集装置做出解释说明，实验箱1采用圆柱形设计，以附图1方位为基准，在实验箱1的左端端部设置有门盖2，门盖2呈圆盘状，因为需要将电池样品放置入实验箱1的内部/或从内部取出电池样品，故门盖2在实验箱1上是可拆装的，其拆装的方式包括，a、旋转扭动拆装，b、螺丝螺纹拆装，拆装方式a、在门盖2的内侧表面设置第一螺纹，在实验箱1的左端端部设置第二螺纹，第一螺纹与第二螺纹可相互扭合或相互扭分，本实用新型的门盖2拆装方式优选方式b、在门盖2上设置若干个螺丝，在实验箱1上设置与螺丝数量相对应的螺丝孔，通过螺丝与螺丝孔的螺纹连接，达到实验箱1与门盖2的拆装连接；在实验箱1的内部具有预设空间的腔室，在腔室中设置固定件5，由上述可以理解，如附图2，固定件5用于固定不同形状及不同型号的电池样品，固定件5包括固定夹板501、滑动夹板502和调节组件，固定夹板501与实验箱1可通过焊接、螺纹、热胶等连接方式进行固定连接，滑动夹板502呈数字“7”形状，通过调节组件控制滑动夹板502进行移动，滑动夹板502通过调节组件与固定组件相对移动，达到“夹住”电池样品的效果，从而达到在实验箱1中放置不同形状及不同型号的电池样品的效果，提升电池热失控气体收集装置的可适配性；

为了达到排除空气对热失控测试的影响，防止电池样品通过热失控测试而生成的气体数据不真实，而在电池热失控气体收集装置设置真空换气件803和氩气瓶组4，真空换气件803包括真空泵或抽气机，本实用新型优选真空换气件803为真空泵以节省生产成本，通过真空泵以抽出实验箱1中的空气，从而达到实验箱1处于真空状态，氩气瓶组4包括若干个氩气瓶，优选采用三个氩气瓶，氩气瓶用于向真空箱导入氩气，需要说明，氩气属于惰性气体，不易与其它的气体发生化学反应，从而达到电池样品经过热失控反应之后发出的气体能够被真实的探测出来，提升精准度；在门盖2上设置氩气管路接头202，氩气管路接头202可以与氩气瓶连接，因为本实用新型优选氩气瓶组4采用三个氩气瓶，故三个氩气瓶与氩气管路205相接通，通过氩气管路205与氩气管路接头202连接，达到氩气瓶组4接通实验箱1的效果，另外，为达到控制氩气瓶组4输出氩气的效果，在氩气管路205与氩气管路接头202的连接处设置氩气球阀203，氩气球阀203可以理解为“开关”，达到向实验箱1输入氩气的效果/或停止输入氩气的效果；以附图1方位为基准，在实验箱1的右端设置排气管路8和真空泵，排气管路8用于传递气体，其一端接通实验箱1，另一端连接真空泵，在排气管路8上设置第一排气球阀801和第二排气球阀802，用于控制抽空实验箱1的气体或控制采集设备9采集气体的效果，采集设备9设于第一排气球阀801与第二排气球阀802之间。

综上所述，上述装置具有如下工作方式，参照背景技术，收集各种型号、各种形状、以及不同电量(50％SOC、100％SOC、150％SOC)的电池样品，打开门盖2，放置电池样品至实验箱1，并通过固定件5将电池样品固定，随后，打开第一排气球阀801和第二排气球阀802，通过真空泵将实验箱1和采集设备9内部的气体抽空使其两者进入真空状态，关闭第一排气球阀801和第二排气球阀802，打开氩气球阀203，使实验箱1被注入氩气，循环进行三次此种换气操作，达到实验箱1完全充满氩气，再之后，在实验箱内进行热失控实验，使电池样品生成第一气体，热失控实验完毕后，打开第一排气球阀801，因为实验箱1充满氩气和第一气体，而采集设备9处于真空状态，故包含第一气体的氩气会被吸入至采集设备9，达到自然采集的效果，待实验箱1与采集设备9的气体平衡之后，关闭采集设备9所带有的采集球阀902，打开第一排气球阀801和第二排气球阀802以导出实验箱1内部的气体，从而完成操作，使采集设备9收集到热失控实验电池样品所生成的气体。

可以理解，热失控触发设备3包括加热电源、短路设备和过充电设备，热失控触发设备3用于控制实验箱1中的电池样品进行热失控测验，其中，加热电源为加热电池样品，导致电池样品热失控，短路设备为控制电池样品短路而热失控，过充电设备为持续向电池样品提供电量，导致电池样品电量过载而发生热失控，加热电源、短路设备和过充电设备均与数据接头201连接。

在一实施例，第一排气球阀801与实验箱1之间设有第一压力表804，采集设备9包括采集管路901、采集组件和第二压力表904；

采集管路901与排气管路8相接通并与采集组件连接，且采集管路901上设置采集球阀902，第二压力表904安装于采集球阀902与采集组件之间。

第一压力表804设置于第一排气球阀801与实验箱1之间，故可以理解，第一压力表804用于感知实验箱1内部气体的压力，并显示数据于表中，第二压力表904设置于采集球阀902与采集组件之间，故第二压力表904用于感知采集组件内部气体的压力；当第一排气球阀801和采集球阀902打开、第二排气球阀802关闭时，实验箱1内部包含有第一气体的氩气通过采集管路901传递至采集组件中，工作者观察第一压力表804与第二压力表904中的数值是否在规定范围内，若在规定范围内，工作者关闭采集球阀902，从而达到采集设备9收集第一气体的效果。

另一实施例，采集组件包括若干个取样罐和若干个气袋，取样罐和气袋一一连接，若干个取样罐均与采集管路901连接；

取样罐与采集管路901的连接处设有取样球阀903。

可以理解，因为热失控实验会测试多种电池样品，为了采集组件不局限于收集一种气体，故设置若干个取样罐和若干个气袋，本实用新型优选采用三个取样罐和三个气袋，取样罐与气袋一一对应连接，取样罐与采集管路901连接并在连接处设置有第三压力表和取样球阀903，需要说明，上述第二压力表904包括三个第三压力表，当采集球阀902打开后，实验箱1气体导入至采集管路901中，通过打开单一的取样球阀903，实现气体导入至单一的取样罐和气袋中，待下次气体收集时，打开另一个取样球阀903，使下一次气体导流至另一取样罐和气袋中，实现气体的分流。

同时需要说明，上述第二压力表904包括三个第三压力表，当采集球阀902打开后，实验箱1气体导入至采集管路901中，通过打开单一的取样球阀903，实现热失控第一阶段气体导入至单一的取样罐和气袋中，然后关闭该球阀，再打开另一个取样球阀903，使热失控第二阶段气体导流至另一取样罐和气袋中，实现热失控不同阶段的气体成分采集。

例如：50％电量的电池样品在实验箱1中进行热失控测试之后，生成第一气体，此时，工作者打开第一排气球阀801和采集球阀902，使第一气体从实验箱1中导流至采集管路901中，随后，工作者打开第一取样球阀903，使第一气体从采集管路901中导流至第一取样罐和第一气袋中，以达到采集第一气体的效果；之后，工作者放置100％电量的电池样品至实验箱1中进行热失控测试，而生成第二气体，依照相同方法打开第二取样球阀903，使第二气体导流至第二取样罐和第二气袋中，实现第二气体的采集，且实现第一气体与第二气体的分流效果。

在一实施例，电池热失控气体收集装置包括监控设备，监控设备包括传感器102、数据采集器和监控平台7，传感器102、数据采集器和监控平台7均与数据接头201连接。

为了工作者实时了解实验箱1中进行的热失控测验的状态，在实验箱1的内部设置了传感器102和数据采集器，其中传感器102包括温度传感器和压力传感器，温度传感器用于获知实验箱1的实时温度，并通过与数据接头201的连接将温度数据显示于监控平台7；压力传感器获知实验箱1的实时压力，通过与数据接头201的连接将实验箱体内的压力数据显示于监控平台7；数据采集器能同时实现电池温度和电压的采集，且具有多个数据采集通道，采集频率范围为10ms-10s，数据采集器通过与数据接头201的连接将温度数据显示于监控平台7。

在一实施例，电池热失控气体收集装置包括气体分析仪6和分析管路，分析管路与排气管路8相接通并位于第一排气球阀801与实验箱1之间，分析管路与气体分析仪6连接，分析管路上设有分析球阀；

气体分析仪6与监控平台7连接。

为了实时分析电池样品热失控测验所产生的气体，分析管路与第一排气球阀801与实验箱1之间的排气管路8相接通，因为分析管路与实验箱1之间没有球阀的阻隔，所以实验箱1所热失控实验生成的气体会实时的流入至分析管路，从而被气体分析仪6采集，气体分析仪6对采集到的气体进行实时分析，因为气体分析仪6与监控平台7连接，所以气体分析仪6实时分析数据会显示于监控平台7中。

在一实施例，实验箱1的外表面设有观察窗101。

为便于工作者观察，故设置观察窗101，观察窗101呈方形且采用高压防爆玻璃制成，能够抵御20Mpa爆炸冲击压力的防爆要求。

在一实施例，实验箱1与排气管路8的接通处设有滤网103。

为了防止电池样品在热失控的过程中喷出的粉尘流入采集设备9和气体分析仪6中，在实验箱1与排气管路8的接通处设置滤网103，滤网103采用800目滤网103。

在一实施例，固定件5包括固定夹板501、滑动夹板502以及调节组件，调节组件分别与固定夹板501和滑动夹板502连接；

调节组件包括调节螺母503和调节杆504；

固定夹板501和滑动夹板502均设有通孔，且两个通孔位置对应，调节杆504穿过通过与调节螺母503螺纹连接。

参考附图3，目的为工作者在放置或取下电池样品时，通过控制调节螺母503达到控制滑动夹板502的效果；工作者控制调节螺母503进行转动，因为调节螺母503与调节杆504通过螺纹连接，从而达到控制调节杆504移动的效果，最终，通过调节杆504的移动而带动滑动夹板502进行移动。

在一实施例，门盖2采用法兰，门盖2通过螺丝与实验箱1的一端连接，采用法兰与螺丝构成精密制件，加快门盖2在实验箱的一端的拆装速度，进一步的提升工作者更换不同电池样品的速度，提升工作效率。

在一实施例，数据接头201采用航天插头，数据接头201是电池热失控气体收集装置数据监控和热失控触发的重要部件，同时为了保证实验箱1的气密性，数据接头201优选采用航天接头，从而提升实验箱1内部的气密性，且增长电池热失控气体收集装置的使用寿命。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电池热失控气体收集装置，其特征在于，包括实验箱、氩气瓶组、真空换气件、门盖、采集设备以及热失控触发设备；

所述实验箱的内部设有固定件，且所述实验箱的一端连接有所述门盖；

所述门盖包括数据接头和氩气管路接头，所述数据接头与热失控触发设备连接，所述氩气管路接头与所述氩气瓶组连接，氩气球阀设于所述氩气管路接头上；

所述实验箱的另一端通过排气管路与所述真空换气件连接，所述排气管路上设有第一排气球阀和第二排气球阀，所述第一排气球阀和第二排气球阀之间连接有所述采集设备。

2.根据权利要求1所述的电池热失控气体收集装置，其特征在于，所述第一排气球阀与所述实验箱之间设有第一压力表，所述采集设备包括采集管路、采集组件和第二压力表；

所述采集管路与所述排气管路相接通并与所述采集组件连接，且所述采集管路上设置采集球阀，所述第二压力表安装于所述采集球阀与所述采集组件之间。

3.根据权利要求2所述的电池热失控气体收集装置，其特征在于，所述采集组件包括若干个取样罐和若干个气袋，所述取样罐和气袋一一连接，若干个所述取样罐均与所述采集管路连接；

所述取样罐与采集管路的连接处设有取样球阀。

4.根据权利要求1所述的电池热失控气体收集装置，其特征在于，还包括监控设备，所述监控设备包括传感器、数据采集器和监控平台，所述传感器、数据采集器和监控平台均与所述数据接头连接。

5.根据权利要求4所述的电池热失控气体收集装置，其特征在于，还包括气体分析仪和分析管路，所述分析管路与所述排气管路相接通并位于所述第一排气球阀与所述实验箱之间，所述分析管路与气体分析仪连接，所述分析管路上设有分析球阀；

所述气体分析仪与所述监控平台连接。

6.根据权利要求1所述的电池热失控气体收集装置，其特征在于，所述实验箱的外表面设有观察窗。

7.根据权利要求1所述的电池热失控气体收集装置，其特征在于，所述实验箱与所述排气管路的接通处设有滤网。

8.根据权利要求1所述的电池热失控气体收集装置，其特征在于，所述固定件包括固定夹板、滑动夹板以及调节组件，所述调节组件分别与所述固定夹板和滑动夹板连接；

所述调节组件包括调节螺母和调节杆；

所述固定夹板和滑动夹板均设有通孔，且两个所述通孔位置对应，所述调节杆穿过所述通孔与所述调节螺母螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的电池热失控气体收集装置，其特征在于，所述门盖采用法兰，所述门盖通过螺丝与所述实验箱的一端连接。

10.根据权利要求1所述的电池热失控气体收集装置，其特征在于，所述数据接头采用航天插头。