CN213091539U - 一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，包括实验舱单元、双层舱门、排气单元、传感器单元、进气单元和加热单元，实验舱单元包括外壳和内舱，外壳与内舱之间构成第一密闭空间；双层舱门与内舱共同构成第二密闭空间；排气单元分别与第一密闭空间和第二密闭空间相连通；传感器单元包括第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和烟雾传感器；进气单元与内舱相连，向内舱内充入惰性气体；加热单元设于内舱的内部。本实用新型可以实现多种边界条件下，诱发动力电池局部热失控或均匀总体热失控，同时，能够提供惰性保护耐高压的实验环境，解决现有实验设备模拟场景失真、测量手段不能满足实验研究需求的困境。

Description

一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置

技术领域

本实用新型属于分析仪器技术领域，具体涉及一种加热装置，尤其涉及一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置。

背景技术

随着锂电池技术不断进步，让交通电动化变为可能。同时，电动汽车对锂电池的需求进一步加速了锂电池向高比能方向快速发展。但是随着电池能力密度的提升，电动汽车安全压力日趋增大，同时伴随着新能源汽车保有量和产销量的飞速增加，电动汽车火灾事故频发，引发社会关注和和对电动汽车安全性的担忧。因此，从促进电动汽车健康发展和保护人们生命财产安全两个方面，都需要加强电动汽车火灾成因分析和防火机理认识，构建从单体到整车的防火策略，提高锂电池在使用过程中的安全性。

动力电池的安全性事故主要是以电池组热失控为特征。锂电池单体在各种诱因发生热失控，不外乎两种形式：电池局部过热发生热失控并蔓延到其他区域进而诱发全电池热失控，或者，电池环境温度过高，均匀加热诱发全电池热失控。局部热失控对应的实际场景有电池穿刺、机械挤压、内短路、相邻的电池发生热失控，由于对流、热传导或火焰等造成的局部热失控；电池全面均温诱发热失控对应的场景主要有电池过充、过放、电池热管理系统失效、电池模组发生大规模燃烧等。这两种热冲击诱发的电池的安全事故几乎涵盖了电池热失控燃烧爆炸的所有实际场景。

目前，一些有效的实验设备可以用来模拟动力锂电池热失控场景失真，例如：加速量热仪、绝热反应热能量测定仪、锥形量热仪等，能够研究动力锂电池热失控过程中的产热、喷气、燃烧特性。

锥形量热仪是将锂电池用外部火焰点燃，基于氧耗法(OC)进行电池燃烧放热量、放热功率测量的，但实际场景下，电池组热失控燃烧往往是由1个或多个电池在滥用条件下发生热失控继而引发模组和电池包燃烧，燃烧过程并非如锥形量热仪外部火焰点燃的，且锥形量热仪一般仅可对电池单体进行燃烧加热实验；

绝热反应热能量测定仪是将电池在密封腔内加热至热失控，再测量电池热失控，并不能直接测量过程中的热量。并且绝热反应热能量测定仪在封闭空间对电池进行加热诱发热失控，与锂电池热失控实际场景相差比较大。同时，锂离子电池在热失控过程中，正极热分解会产生氧气，这是电池喷气燃烧爆炸与普通可燃材料燃烧的区别。

加速量热仪可以提供绝热条件下化学反应的时间-温度-压力数据.加速量热仪(ARC)基于绝热原理设计，可使用较大的样品量，灵敏度高，能精确测得样品热分解初始温度、绝热分解过程中温度和压力随时间的变化曲线，但是与绝热反应热能量测定仪缺点类似，也是将电池在密封腔内加热至热失控，再测量电池热失控，并不能直接测量过程中的热量，并且也与锂电池热失控实际场景相差比较大。

可见，上述设备均无法测量由于正极热解析氧氧化锂电池内部的可燃物释放的热量。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，可以实现多种边界条件下，诱发动力电池局部热失控或均匀总体热失控，同时，能够提供惰性保护耐高压的实验环境，解决现有实验设备模拟场景失真、测量手段不能满足实验研究需求的困境，为电池生产企业、汽车生产企业及科研院所开展电池热失控研究提供一个更具实际意义的研究平台。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，包括：

实验舱单元，包括外壳和内舱，所述外壳与内舱之间构成第一密闭空间；

双层舱门，覆盖在所述内舱上的开口处，与所述内舱共同构成第二密闭空间；

排气单元，分别与所述第一密闭空间和第二密闭空间相连通；

传感器单元，包括第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和烟雾传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器和第二温度传感器均设于所述内舱内；所述烟雾传感器设于所述内舱内或内舱外；

进气单元，与所述内舱相连，向所述内舱内充入惰性气体；

加热单元，设于所述内舱的内部。

可选地，所述热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置还包括液压锁紧机构；所述液压锁紧机构包括液压单元和液压推拉杠；

所述液压单元包括顺次相连的液压油箱、输油管、阀件和液压缸；

所述液压推拉杠的一端与所述液压缸相连，另一端与双层舱门相连。

可选地，所述双层舱门上设有定位传感器，当所述定位传感器监测到双层舱门到达指定位置后，则启动所述液压锁紧机构。

可选地，所述加热单元为加热丝；所述加热丝设于所述内舱的内侧表面，其内侧表面覆盖有白钢罩。

可选地，所述实验舱单元中的外壳和内舱上均设有补光口，以及相对设置的观察窗；所述烟雾传感器为激光粉尘传感器，数量为2，分别设于对应的观察窗处，其中一个激光粉尘传感器发射光线，另一个激光粉尘传感器接收光线，实现内舱内烟雾密度的检测。

可选地，所述内舱内设有直线轨道和位于所述直线轨道上的电池托架，所述电池托架用于放置电池。

可选地，所述内舱上设有烟尘收集口、排气烟囱和气体采样口。

可选地，所述内舱上设有喷淋灭火剂孔。

可选地，所述排气单元包括真空泵、第一真空表、第二真空表、第一泄压阀和第二泄压阀；所述真空泵设于所述外壳外侧，所述第一真空表和第二真空表分别设于第一密闭空间和第二密闭空间内；所述第一泄压阀和第二泄压阀分别与所述第一密闭空间和第二密闭空间相连通。

可选地，所述传感器单元中的各个传感器以多线束封装接头形式存在。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型提出一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，可以实现多种边界条件下，诱发动力电池局部热失控或均匀总体热失控，同时，能够提供惰性保护耐高压的实验环境，解决现有实验设备模拟场景失真、测量手段不能满足实验研究需求的困境，为电池生产企业、汽车生产企业及科研院所开展电池热失控研究提供一个更具实际意义的研究平台。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型一种实施例的热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置的主视图；

图2为本实用新型一种实施例的热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置的侧视图；

图3为本实用新型一种实施例的热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置的俯视图；

图4为本实用新型一种实施例的热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置的爆炸图；

其中：

1定位传感器，2双层舱门，3把手，4液压推拉杠，5烟尘收集口，6泄压阀，7AEC 支架，8液压缸，9真空泵，10烟尘收集口封头法兰，11第一压力传感器，12-排气烟囱， 13第二压力传感器，14观察窗，15激光粉尘传感器，16第一激光粉尘传感器，17第二激光粉尘传感器，18第一温度传感器线束，19通电线路，20第二温度传感器线束，21液压箱，22门法兰底座，23密封垫片，24密封齿牙，25加热单元，26真空表，27备用温度传感器线束穿出孔，28气体采样口；29喷淋灭火剂孔，30进气口，31排气孔，32检查手孔，33补光口，34外壳，35内舱，36电池托架。

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，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。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的保护范围。

下面结合附图对本实用新型的应用原理作详细的描述。

实施例1

如图1-4所示，本实用新型中提供了一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，包括：

实验舱单元，包括外壳和内舱，所述外壳内嵌绝缘材料或涂料，所述外壳与内舱之间构成第一密闭空间，当启动排气单元后，所述第一密封空间中的气体被抽走，形成真空环境，真空环境能够更好地隔绝内舱内释放出来的热量，同时确保了试验人员的安全；所述实验舱单元由AEC支架支撑；

双层舱门2，覆盖在所述内舱上的开口处，与所述内舱共同构成第二密闭空间；

排气单元，分别与所述第一密闭空间和第二密闭空间相连通；

传感器单元，包括第一压力传感器11、第二压力传感器13、第一温度传感器、第二温度传感器和烟雾传感器，所述第一压力传感器11、第二压力传感器13、第一温度传感器和第二温度传感器均设于所述内舱内；所述烟雾传感器设于所述内舱内或内舱外；所述第一压力传感器11用于测量低压气体压力，量程为0-100Kpa；所述第二压力传感器13用于测量被加热物体的爆炸压力高压，量程为0-1500Kpa；所述第一温度传感器用于监测内舱内的气体温度，所述第二温度传感器与待测电池相连，监测待测电池的温度，当第二温度传感器监测到待测电池的温度突然升高，使得其与第一温度传感器的温度数据相差极大，则控制加热单元进行加热，使得内舱内的气体温度与电池的温度相同；

进气单元，与所述内舱相连，向所述内舱内充入惰性气体；所述惰性气体可以选用氮气；

加热单元25，设于所述内舱的内部，用于控制内舱内的温度；

所述内舱内设有直线轨道和位于所述直线轨道上的电池托架36，所述电池托架用于放置电池。

在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述内舱的容积不小于1m³，整个实验舱单元采用不锈钢制成，最大可承受压力为3Mpa，恒定承受压力不低于2mpa，2mpa初始压力24小时漏气率不大于1％，压力测量口共3个(量程0-3Mpa/支，量程0-lMpa/支,量程0-0.lMpa/支,信号输出0-5V)；内舱可加热范围为0-350度，加热单元25用于触发电池热失控，温度控制精度为0.1度，可以设定加热功率。

在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述双层舱门2的数量为2，对称设置在实验舱单元的两侧，实现双侧对开，所述双层舱门2具有双层真空隔热功能，通过密封垫片23、密封齿牙24、迷宫式密封槽及液压锁紧装置与内舱形成第二密封空间，在实际使用过程中，所述双层舱门2也需要进行抽真空处理，所述双层舱门2的开度不小于150°，具有手动锁止功能、防误开启功能和关闭、开启自动定位功能。所述双层舱门2上还设有把手3，便于开关门。

在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，如图4所示，所述加热单元为加热丝，所述加热丝设于所述内舱的内侧表面，其内侧表面覆盖有白钢罩，能够保证加热均匀，且不被爆炸气体污染。在具体实施过程中，所述加热丝可以被设置为螺旋状。

在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述排气单元包括真空泵9、第一真空表26、第二真空表26、第一泄压阀6和第二泄压阀6；所述真空泵设于所述外壳外侧，所述第一真空表26和第二真空表26分别设于第一密闭空间和第二密闭空间内；所述第一泄压阀6和第二泄压阀6分别与所述第一密闭空间和第二密闭空间相连通。

在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述内舱上设有烟尘收集口5、排气烟囱12和气体采样口28，以及喷淋灭火剂孔29；所述烟尘收集口5处设有烟尘收集口封头法兰；在具体实施过程中，所述烟尘收集口5和气体采样口28设于内舱的正下方，所述排气烟囱12设于内舱的顶部。

在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，为了所述传感器单元中的各个传感器以多线束封装接头形式存在，能够实现在一个点可以接入很多个探头。所述第一温度传感器以第一温度传感器线束18的形式存在；所述第二温度传感器以第二温度传感器线束20的形式存在；所述各传感器均与通电线路19连接。

在本实用新型实施例的一种具体实施方式中，所述内舱上还设有备用温度传感器线束穿出孔27、进气口30、排气孔31和检查手孔32；所述进气口30用于实现进气；所述排气孔31用于实现排气，所述检查手孔32用于紧急情况下更换内舱内的加热单元(即加热丝)。

综上所述，本实用新型实施例中的绝热爆炸仓装置的工作原理为：

S1、待机准备：检查装置的状态，将用于实验的电池放置在电池托架中心，然后调整电池支架的高低，让电池的中心位于内舱的中心，将第一温度传感器通过封装接头进入到内舱的内部，并根据实验要求第一传感器布置在电池的表面位置，按照实验要求将第一压力传感器11和第二压力传感器13通过封装接头以同样的方式放入到内舱的内部，并使其可靠固定。

S2、真空环境设置：依次关闭左右两个双层舱门2，并可靠锁紧，将与内舱相连的阀门全部关闭，并验证，对双层舱门2和第一密闭空间进行抽真空，达到预设的真空度要求后停止，开启第二密闭空间的抽真空，将空气全部抽出，达到真空度要求。

S3、开始试验：开启进气单元，充气压力达到一个大气压后停止，检查调整全部的传感器，进行自检，确认正常后正式进入加温程序，开启加热丝电源开关，根据要求的加热速率调整温控功率，温升到达电池的爆燃点以后，电池爆燃，数据全部读取完毕并储存。

S4、装置清洁：实验完毕以后开启排气阀，将将压力降低到大气压力，然后将内部的残余有害气体全部扫除，扫气结束以后，然后等待内舱内壁温度降低到接近常温以后，打开两侧的双层舱门2，抽出托架，对各传感器进行检查，不良换新，实验以后电池移除，清洁并收集爆燃以后的电池烟尘的附着物，关闭双层舱门2，关闭电源，实验结束。

实施例2

为了实现将双层舱门2与实验舱单元的固定，基于实施例1，本实用新型实施例与实施例1的区别在于：

所述热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置还包括液压锁紧机构，所述液压锁紧机构包括液压单元和液压推拉杠4；

所述液压单元包括顺次相连的液压油箱、输油管、阀件和液压缸8，所述液压油箱、输油管、阀件和液压缸8之间采用现有技术连接关系实现连接；

所述液压推拉杠4的一端与所述液压缸8相连，另一端与双层舱门2相连，用于实现双层舱门2与实验舱单元的固定，确保在电池爆炸的过程中，不会因内舱内压力过大，导致双层舱门2与实验舱单元分离；

所述双层舱门2上设有定位传感器1，当所述定位传感器1监测到双层舱门2到达指定位置后，则启动所述液压锁紧机构，保证双层舱门2关闭到位以后才能启动液压锁紧机构。

所述双层舱门2上还连接有门法兰底座22。

实施例3

基于实施例1，所述实验舱单元中的外壳和内舱上均设有补光口33，所述补光口33内设有镜片、镜片保护罩、无频发光Led光源和聚光灯罩，所述外壳和内舱上还有相对设置的观察窗14，所述观察窗14由透明材料制成；所述烟雾传感器为激光粉尘传感器，数量为2，分别设于对应的观察窗14处，其中一个激光粉尘传感器发射光线，另一个激光粉尘传感器接收光线，当空气中的细颗粒物进入激光束(即激光粉尘传感器的发射光线)所在区域时，将使激光发生散射，散射光在空间360°都有辐射，在适当位置放置一激光粉尘传感器，使之只接收散射光，然后经过激光粉尘传感器的光电效应产生电流信号，经电路放大及处理后，即可得到细颗粒物浓度值，输出信号一般为串口输出，实现内舱内烟雾密度的检测。所述激光粉尘传感器设于激光粉尘传感器15上。

综上所述，本实用新型实施例中的绝热爆炸仓装置的工作原理为：

S1、待机准备：检查装置的状态，将用于实验的电池放置在电池托架中心，然后调整电池支架的高低，让电池的中心位于内舱侧面的观察镜的中心，便于实验时的观察，将第一温度传感器通过封装接头进入到内舱的内部，并根据实验要求第一传感器布置在电池的表面位置，按照实验要求将第一压力传感器11和第二压力传感器13通过封装接头以同样的方式放入到内舱的内部，并使其可靠固定，同时将电池托架带着电池推入内舱内部中心位置，在内舱左右观察镜位置架设高速摄像机，调整好角度，在内舱上部的补光孔开启补光灯，在筒体侧面架设第一激光粉尘传感器16和第二激光粉尘传感器17，并使得第一激光粉尘传感器16和第二激光粉尘传感器17对齐。

S2、真空环境设置：依次关闭左右两个双层舱门2，并可靠锁紧，将与内舱相连的阀门全部关闭，并验证，对双层舱门2和第一密闭空间进行抽真空，达到预设的真空度要求后停止，开启第二密闭空间的抽真空，将空气全部抽出，达到真空度要求。

S3、开始试验：开启进气单元，充气压力达到一个大气压后停止，检查调整全部的传感器，进行自检，确认正常后正式进入加温程序，开启加热丝电源开关，根据要求的加热速率调整温控功率，温升到达电池的爆燃点以后，电池爆燃，数据全部读取完毕并储存。

S4、装置清洁：实验完毕以后开启排气阀，将将压力降低到大气压力，然后将内部的残余有害气体全部扫除，扫气结束以后，然后等待内舱内壁温度降低到接近常温以后，打开两侧的双层舱门2，抽出托架，对各传感器进行检查，不良换新，实验以后电池移除，清洁并收集爆燃以后的电池烟尘的附着物，关闭双层舱门2，关闭电源，实验结束。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于，包括：

实验舱单元，包括外壳和内舱，所述外壳与内舱之间构成第一密闭空间；

双层舱门，覆盖在所述内舱上的开口处，与所述内舱共同构成第二密闭空间；

排气单元，分别与所述第一密闭空间和第二密闭空间相连通；

传感器单元，包括第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和烟雾传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器和第二温度传感器均设于所述内舱内；所述烟雾传感器设于所述内舱内或内舱外；

进气单元，与所述内舱相连，向所述内舱内充入惰性气体；

加热单元，设于所述内舱的内部。

2.根据权利要求1所述的一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于，所述热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置还包括液压锁紧机构；所述液压锁紧机构包括液压单元和液压推拉杠；

所述液压单元包括顺次相连的液压油箱、输油管、阀件和液压缸；

所述液压推拉杠的一端与所述液压缸相连，另一端与双层舱门相连。

3.根据权利要求2所述的一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于：所述双层舱门上设有定位传感器，当所述定位传感器监测到双层舱门到达指定位置后，则启动所述液压锁紧机构。

4.根据权利要求1所述的一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于：所述加热单元为加热丝；所述加热丝设于所述内舱的内侧表面，其内侧表面覆盖有白钢罩。

5.根据权利要求1所述的一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于：所述实验舱单元中的外壳和内舱上均设有补光口，以及相对设置的观察窗；所述烟雾传感器为激光粉尘传感器，数量为2，分别设于对应的观察窗处，其中一个激光粉尘传感器发射光线，另一个激光粉尘传感器接收光线，实现内舱内烟雾密度的检测。

6.根据权利要求1所述的一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于：所述内舱内设有直线轨道和位于所述直线轨道上的电池托架，所述电池托架用于放置电池。

7.根据权利要求1所述的一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于：所述内舱上设有烟尘收集口、排气烟囱和气体采样口。

8.根据权利要求1所述的一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于：所述内舱上设有喷淋灭火剂孔。

9.根据权利要求1所述的一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于：所述排气单元包括真空泵、第一真空表、第二真空表、第一泄压阀和第二泄压阀；所述真空泵设于所述外壳外侧，所述第一真空表和第二真空表分别设于第一密闭空间和第二密闭空间内；所述第一泄压阀和第二泄压阀分别与所述第一密闭空间和第二密闭空间相连通。

10.根据权利要求1所述的一种热冲击可变可控的绝热爆炸仓装置，其特征在于：所述传感器单元中的各个传感器以多线束封装接头形式存在。

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