CN216670213U - 一种触发动力电池热失控产气收集装置 - Google Patents

一种触发动力电池热失控产气收集装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种触发动力电池热失控产气收集装置，包括检测罐、温度传感器、压力传感器、集气罐和触发组件，其中：检测罐具有容纳腔，容纳腔中具有惰性气体；温度传感器和压力传感器分别安装在检测罐上用于检测容纳腔中的温度和压力；集气罐通过管道与容纳腔连通；触发组件安装在检测罐上并用于对容纳腔的电池进行触发。本实用新型中，所提出的触发动力电池热失控产气收集装置，检测罐中的容纳腔中填充有惰性气体进而避免电池在热失控过程中与氧气发生活性反应；通过温度传感器、压力传感器便于热失控产生气体的体积和流速，为PACK级泄压阀压力设计值提供参考。

Description

一种触发动力电池热失控产气收集装置
技术领域
本实用新型涉及锂电池检测设备技术领域，尤其涉及一种触发动力电池热失控产气收集装置。
背景技术
动力电池组是电动汽车的动力源，在遇到一些特殊情况下动力电池组会发生热失控的现象，产生大量的可燃气体，容易产生燃烧爆炸严重危害乘客的安全以及危害环境。
现有的动力电池电芯或者模组的安全滥用测试，在空旷的室内进行，只能测量相关的参数，观察现象，无法实现热失控后气体的收集，监控，也无法利用一个测试平台实现过充，针刺，热滥用三个安全测试。因此一方面无法分析电芯或者模组产生的气体成分及浓度，评估其毒害性及可燃性，进一步确认可能对环境造成的影响；另一方面无法获取产气的体积和流速值，无法为PACK级泄压阀压力设计值提供参考。
实用新型内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出一种触发动力电池热失控产气收集装置。
本实用新型提出的一种触发动力电池热失控产气收集装置，包括检测罐、温度传感器、压力传感器、集气罐和触发组件，其中：
检测罐具有容纳腔，容纳腔中具有惰性气体；
温度传感器和压力传感器分别安装在检测罐上用于检测容纳腔中的温度和压力；
集气罐通过管道与容纳腔连通；
触发组件安装在检测罐上并用于对容纳腔的电池进行触发，触发组件可以为现有技术中的用于触发动力电池热失控的机构；
通过装置上的压力传感器采集记录P1，P2，以及温度传感器采集温度；
产气量：
试验前气体收集装置内初始气体物质的量利用公式(A.1)计算：
Figure DEST_PATH_GDA0003564243290000021
式中：
n1——气体收集装置内初始气体物质的量,单位为摩尔(mol)；
P1——气体收集装置初始压强,单位为帕斯卡(Pa)；
V——气体收集装置体积,单位为升(L)；
R——理想气体常数，值为8.314，单位为焦耳每摩尔每开尔文(J/mol·K)；
T1——初始环境温度,单位为开尔文(K)。
热失控后产生的气体物质的量利用公式(A.2)、(A.3)计算：
Figure DEST_PATH_GDA0003564243290000022
式中：
n2——热失控后达到稳定状态时，气体收集装置内气体物质的量,单位为摩尔(mol)；
P2——热失控后达到稳定状态时，气体收集装置内压强,单位为帕斯卡 (Pa)；
V——气体收集装置体积,单位为升(L)；
R——理想气体常数，值为8.314，单位为焦耳每摩尔每开尔文(J/mol·K)；
T2——热失控后达到稳定状态时的温度，单位为开尔文(K)。
n＝n2-n1
式中：
n——热失控后产生的气体物质的量，单位为摩尔(mol)；
n2——热失控后达到稳定状态时，气体收集装置内气体物质的量，单位为摩尔(mol)；
n1——气体收集装置内初始气体物质的量，单位为摩尔(mol)。
热失控后产气量按照公式(A.4)计算：
V产气量＝22.4×n
式中：
V产气量——热失控后产生的气体总量，单位为升(L)；
22.4——标准状况下气体摩尔体积，单位为升每摩尔(L/mol)；
n——热失控后产生的气体物质的量，单位为摩尔(mol)。
气体流速：
电池单体热失控产生大量气体，导致气体收集装置内压强急剧升高，利用公式(A.5)，将高压下的气体换算为常压下的气体，再利用公式(6)求得气体流速。
利用公式(5)换算得常压下的气体体积差：
Figure DEST_PATH_GDA0003564243290000031
式中：
ΔV——常压下t秒内体积差，单位为升(L)；
Pi+t——i+t时刻气体收集装置内压强，单位为帕斯卡(Pa)；
Pi——i时刻气体收集装置内压强，单位为帕斯卡(Pa)；
V——气体收集装置体积，单位为升(L)；
P——常压，单位为帕斯卡(Pa)。
利用公式(A.6)计算气体流速：
Figure DEST_PATH_GDA0003564243290000041
式中：
v——t秒内气体流速，单位为升每秒(L/s)；
ΔV——常压下t秒内体积差，单位为升(L)；
t——压强上升的时间，单位为秒(s)。
作为本实用新型进一步优化的方案，触发组件包括针刺检测机构，针刺检测机构包括检测针和伸缩件，伸缩件的伸缩端滑动安装在检测罐上检测针安装在伸缩件的伸缩端，伸缩端用于带动检测针水平移动，检测针用于对电芯或模组进行针刺检测。
作为本实用新型进一步优化的方案，检测组件包括加热件，加热件安装在容纳腔中并用于对容纳腔加热。
作为本实用新型进一步优化的方案，容纳腔中固定有放置板，放置板上安装有滑动板，滑动板可水平滑动安装在放置板上，滑动板上设有电池限位结构，电池限位结构用于对电芯或模组固定。
作为本实用新型进一步优化的方案，滑动板的底部设有滑轮，放置板上设有滑轨，滑轮在滑轨上滑动。
作为本实用新型进一步优化的方案，电池限位结构包括抵触板，抵触板用于抵触电芯或模组的一侧面。
作为本实用新型进一步优化的方案，电池限位结构还包括卡固组件，卡固组件可拆卸安装在滑动板上，卡固组件用于对电池与抵触板接触的侧面相邻的两个侧面进行固定。
作为本实用新型进一步优化的方案，还包括含氧量测量器，含氧量测量仪安装在检测罐上并用于检测容纳腔中氧气含量。
作为本实用新型进一步优化的方案，检测罐上还设有泄爆安全阀。
作为本实用新型进一步优化的方案，还包括照明灯和摄像头，照明灯和摄像头安装在检测罐上，且照明灯用于对容纳腔进行照明，摄像头用于记录容纳腔中电芯或模组变化情况。
本实用新型中，所提出的触发动力电池热失控产气收集装置，检测罐中的容纳腔中填充有惰性气体进而避免电池在热失控过程中与氧气发生活性反应；且通过气体收集罐收集电池热失控产生气体了，进而便于检测热失控产生气体成分；进一步通过温度传感器、压力传感器便于热失控产生气体的体积和流速，为PACK级泄压阀压力设计值提供参考。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型检测罐结构示意图；
图3为本实用新型检测罐剖视图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解对本实用新型的限制。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-2所示的一种触发动力电池热失控产气收集装置，包括检测罐1、检测罐1具有容纳腔10，检测罐1为圆柱形，且检测罐1横向设置，检测罐1 的侧壁设有支撑杆2，支撑杆2用于对其支撑，检测罐1的一端开有进料口，进料口与容纳腔10连通，电池通过进料口放置到容纳腔10中，还包括舱门3，舱门3设在进料口处用于封闭进料口，检测罐1内直径为900mm，深度750mm，容积为476升，可以承受6MPa的压力；
具体的，为了防止在电池检测过程中电解液等材料与空气中的活性气体发生化学反应，在本实施例中容纳腔10中的气体为惰性气体，具体的，惰性气体为氮气；
进一步的，为了便于对容纳腔10中填充氮气，还包括氮气罐4，氮气罐4 通过管道与容纳腔10连通，还包括真空泵5，真空泵5用于对检测罐1的容纳腔10抽真空，抽真空完成后再对容纳腔10填充氮气，氮气罐4与检测罐1之间设有阀门，真空泵5与检测罐1之间也设有阀门；
为了便于检测容纳腔10的压力、温度、含氧量，还包括压力检测器6、温度传感器7和含氧量测量器8，含氧量测量器8、压力检测器6、温度传感器7 分别用于检测容纳腔10中的气体含氧量、容纳腔10的压力和温度；
还包括气体收集罐9，气体收集罐9与容纳腔10连通，气体收集罐9用于收集容纳腔10中反应的气体，气体收集罐9与检测罐1之间设有阀门；检测罐1上还设有泄爆安全阀11，泄爆安全阀11用于对容纳腔10中气体进行泄气处理；
容纳腔10内水平固定有放置板12，放置板12上安装有滑动板13，滑动板 13可在放置板12内水平滑动，且滑动板13通过固定件固定在放置板12上，为了便于对放置板12进行限位，在本实施例中优选的，在放置板12上设有滑轨，滑动板13的底部设有滑轮，滑轮在滑轨内滑动，为了便于滑动板13的固定，在本实施例中滑轮为带锁定装置的滑轮；
还包括针刺检测机构，针刺检测机构，针刺检测机构安装在检测罐1上，并用于对电池进行针刺检测，具有的，针刺检测机构安装在检测罐1与进料口相对的一端，针刺检测机构包括伸缩件14、检测针15，检测针15安装在伸缩件14的伸缩端，伸缩端用于带动检测针15向靠近或远离电池方向移动，并使检测针15戳破电池；
具体的，伸缩件14为液压缸，液压缸的伸缩杆通过密封环水平滑动安装在检测罐1上，液压缸的固定端位于容纳腔10外，液压缸的伸缩杆远离固定端的一端延伸至容纳腔10内；
具体的，滑动板13上具有对电池限位结构，具体的，滑动板13上具有抵触板16，抵触板16具有与针刺检测机构相对的抵触面，抵触面与电池远离针刺检测机构的一端抵触，且抵触面的面积大于电池远离针刺检测机构一端的面积；
为了避免电池在检测过程中发生水平滑动，在本实施例中具体的，电池限位结构卡固组件，卡固组件可拆卸安装在滑动板13上并用于对电池与抵触面接触的侧面相邻的两个侧面进行固定；
具体的，卡固组件包括第一卡固板17和第二卡固板18和固定件，第一卡固板17和第二卡固板18通过固定件可拆卸安装在滑动板13上，且第一卡固板 17和第二卡固板18分别具有第一卡固面和第二卡固面，第一卡固面和第二卡固面分别用于对电池相对的侧面进行固定，具体的固定件可以为螺钉或固定销等部件，在本实施例中固定件为螺钉；
还包括加热件，加热件安装在容纳腔10中用于对容纳腔10加热，在本实施例中加热件安装在放置板12上，加热件为现有技术中的电加热丝、加热板 19等部件，在本实施例中加热件为加热板19；
还包括摄像头20和照明灯21，照明灯21和摄像头20均安装在检测罐1 上并用于观察容纳腔10中电池的情况；
具体的，为了便于安装摄像头20和照明灯21在检测罐1的侧壁开有安装孔，安装孔与容纳腔10连通，且检测罐1上设有封闭盖，封闭盖用于封闭安装孔，摄像头和照明灯21均安装在封闭盖位于容纳腔10的一面。
本实施例在工作过程中：
(1)首先将锂电池模组或电芯放置到滑动板13上，使电芯或电池模组的一侧面与抵触板16抵触，并通过固定第一卡固板17和第二卡固板18实现将电芯或电池模组固定在滑动板13上；
(2)然后将滑动板13放置到放置板12上，且滑动板13底部的滑轮放置到滑轨上，根据电芯或电池模组的厚度调整滑动板13距离针刺检测机构的位置，保证针刺检测机构能够实现针刺检测，将压力传感器、温度传感器7等部件与现有的数据采集和控制系统连接；
(3)根据触发的方式，如果为针刺触发则调整针刺检测机构，设定好数据采集与控制系统相关参数，液压缸以一定的速度对电芯或者电池模组进行针刺，可以通过更换密封件保证容纳腔10的密封；
2)根据触发的方式，如果为热滥用触发，在电芯或者模组表面固定好加热板19，设定对应的热功率及保持时间；
3)根据触发的方式，如果为过充触发，使电芯的正负极连接现有的测试柜对电芯或模组进行充电，设定好测试柜的相关过充电流，截至电压等参数；
(4)固定好检测罐1的舱门3，封闭容纳腔10；
(5)调整好摄像头与照明灯21；
(6)通过真空泵59将压力容器抽成真空；
(7)通过氮气罐47向压力容器内注入98％体积的氮气；
(8)通过数据采集与控制系统开启测试；
(9)通过压力数据采集与控制系统监控测试参数，集气罐10收集组分分析的气体。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，包括检测罐、温度传感器、压力传感器、集气罐和触发组件，其中：
检测罐具有容纳腔，容纳腔中具有惰性气体；
温度传感器和压力传感器分别安装在检测罐上用于检测容纳腔中的温度和压力；
集气罐通过管道与容纳腔连通；
触发组件安装在检测罐上并用于对容纳腔的电池进行触发。
2.根据权利要求1所述的触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，触发组件包括针刺检测机构，针刺检测机构包括检测针和伸缩件，伸缩件的伸缩端滑动安装在检测罐上检测针安装在伸缩件的伸缩端，伸缩端用于带动检测针水平移动，检测针用于对电芯或模组进行针刺检测。
3.根据权利要求1所述的触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，检测组件包括加热件，加热件安装在容纳腔中并用于对容纳腔加热。
4.根据权利要求1所述的触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，容纳腔中固定有放置板，放置板上安装有滑动板，滑动板可水平滑动安装在放置板上，滑动板上设有电池限位结构，电池限位结构用于对电芯或模组固定。
5.根据权利要求4所述的触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，滑动板的底部设有滑轮，放置板上设有滑轨，滑轮在滑轨上滑动。
6.根据权利要求4所述的触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，电池限位结构包括抵触板，抵触板用于抵触电芯或模组的一侧面。
7.根据权利要求6所述的触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，电池限位结构还包括卡固组件，卡固组件可拆卸安装在滑动板上，卡固组件用于对电池与抵触板接触的侧面相邻的两个侧面进行固定。
8.根据权利要求1所述的触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，还包括含氧量测量器，含氧量测量仪安装在检测罐上并用于检测容纳腔中氧气含量。
9.根据权利要求1所述的触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，检测罐上还设有泄爆安全阀。
10.根据权利要求1所述的触发动力电池热失控产气收集装置，其特征在于，还包括照明灯和摄像头，照明灯和摄像头安装在检测罐上，且照明灯用于对容纳腔进行照明，摄像头用于记录容纳腔中电芯或模组变化情况。
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