CN215728689U - 一种电池热失效抑制试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种电池热失效抑制试验装置，包括试验仓，所述试验仓的顶部形成有锥形顶，所述锥形顶的顶部设置有排烟管，所述排烟管的内壁固定安装有排烟风机；所述试验仓的底部固定安装有底筒，所述底筒的内壁设置有下层导流栅，所述试验仓的内壁设置有上层导流栅，所述上层导流栅底部的中心处设置有锥形支撑件，所述锥形支撑件的底端固定安装在下层导流栅的顶部。该电池热失效抑制试验装置设计了一种针对锂离子电池热失效抑制试验的装置，研究单一抑制介质对锂离子电池热失效的抑制效果和作用机制，以及多组分抑制介质间的协同作用，试验结果更加准确，大大提高了试验效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池技术领域，具体为一种电池热失效抑制试验装置。
背景技术
锂离子电池是一种高效的绿色能源，具有工作电压高、能量密度大、使用寿命长、自放电率低、长循环寿命、无环境污染等优点。锂离子电池广泛应用于人们的生活中，像手机、笔记本电脑、电动自行车、新能源汽车、混合动力汽车和储能***等。锂离子电池由于是由电解液和活泼电极组成的，所以在过热、过充、针刺和碰撞等条件下，会发生电池内部短路从而引起锂离子电池热失效，导致火灾或者***，对公共安全具有重大的威胁。
针对锂离子电池热失效行为带来的安全性问题，研究者研究不同抑制介质(干粉、惰性气体、七氟丙烷、细水雾等)对电池热失效行为的影响，发现单一的抑制介质对锂离子电池热失效无法在短时间内起到效果。本实用新型提出使用水、改性溶液和气体等多种抑制介质组合，应用于锂离子电池热失效试验，研究多种抑制介质的协同作用和抑制机理。
现有技术中，锂离子电池热失效抑制试验研究使用的试验装置或试验平台一般包括加热器、锂离子电池固定架、热电偶、不同抑制介质和数据采集装置。但是在实际应用中我们发现，其仍然存在有一定的不足之处，比如：传统的试验装置不便于研究多组分抑制介质间的协同作用。
基于此，我们提出了一种电池热失效抑制试验装置，希冀解决现有技术中的不足之处。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种电池热失效抑制试验装置，具备便于研究多组分抑制介质间的协同作用的优点。
(二)技术方案
为实现上述便于研究多组分抑制介质间的协同作用的目的，本实用新型提供如下技术方案：一种电池热失效抑制试验装置，包括试验仓，所述试验仓的顶部形成有锥形顶，所述锥形顶的顶部设置有排烟管，所述排烟管的内壁固定安装有排烟风机；
所述试验仓的底部固定安装有底筒，所述底筒的内壁设置有下层导流栅，所述试验仓的内壁设置有上层导流栅，所述上层导流栅底部的中心处设置有锥形支撑件，所述锥形支撑件的底端固定安装在下层导流栅的顶部；
所述底筒外壁的左右两侧均设置有进气管，所述进气管的内壁固定安装有进气风机，所述进气风机的输出端处还设置有导流板，所述导流板固定安装在进气管的内壁上；
所述试验仓的内部还设置有可变换喷头，所述可变换喷头用于喷射不同浓度、压力、混合比例及形态的抑制介质，所述抑制介质包括水、改性溶液、气体以及气液混合物，所述可变换喷头的输入端通过管道连接有混合装置；
所述试验仓的内部还设置有热失效装置，所述热失效装置用于使锂离子电池发生热失效。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述试验仓的正面活动设置有钢化玻璃观察窗，所述试验仓的背面是不锈钢材质，所述试验仓的外壁均匀开设有若干个检测孔，若干个所述检测孔均通过橡胶瓣膜进行封闭。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述排烟管的内部还设置有采样管，所述采样管设置在排烟风机的下方，所述采样管的末端延伸至排烟管的外部。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述底筒的内底壁设置有吸水棉，所述底筒的内侧壁固定安装有排水管，所述排水管的内部设置有排水阀。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述混合装置包括液体充入管和气体充入管，所述液体充入管和气体充入管的末端设置有混合器，所述混合器通过管道与可变换喷头固定相连；
所述液体充入管上从下至上依次设置有液体快速接头、柱塞泵、控水阀门、比例混合器和压力表，所述比例混合器的输入端还通过管路连接有原液箱；
所述气体充入管上从上至下依次设置有气体快速接头、控气阀门、气体流量计和气压表。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述采样管的末端通过管路固定连接有气体分析仪，所述上层导流栅顶部的中心处设置有电子天平，所述气体分析仪和电子天平的输出端与计算机的输入端电性连接；
所述检测孔的内部设置有热电偶，所述热电偶通过数据采集器与计算机之间电性连接；
还包括红外成像装置，所述红外成像装置的输出端与计算机的输入端电性连接。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述热失效装置包括加热装置、过充短接装置和针刺装置，所述加热装置用于加热锂离子电池以使锂离子电池发生热失效，所述过充短接装置用于过充或短接锂离子电池以使锂离子电池发生热失效，所述针刺装置用于穿刺锂离子电池以使锂离子电池发生热失效。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述加热装置包括隔热板、加热筒、导热管、第一夹板和电加热器，所述加热筒固定安装在隔热板的顶部，所述加热筒内部的中心处设置有导热管，所述导热管的内部设置有第一夹板，所述第一夹板用于固定锂离子电池；
所述导热管的外壁设置有电加热器，所述电加热器与加热筒的内壁之间填充有导热介质，所述加热筒的顶部设置有防水板。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述过充短接装置包括两个相对设置的第二夹板、电池测试仪和数据采集装置，两个相对设置的第二夹板用于固定锂离子电池，两个所述第二夹板上分别设置有电池测试仪的正负极引线，所述电池测试仪的输出端与数据采集装置的输入端电性连接。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述针刺装置包括两个相对设置的第三夹板和机械撞针，两个相对设置的第三夹板用于固定锂离子电池，所述机械撞针用于穿刺锂离子电池。
(三)有益效果
与现有技术相比，本实用新型提供了一种电池热失效抑制试验装置，具备以下有益效果：
该电池热失效抑制试验装置，设计了一种针对锂离子电池热失效抑制试验的装置，研究单一抑制介质对锂离子电池热失效的抑制效果和作用机制，以及多组分抑制介质间的协同作用，相比其他试验装置，本实用新型对锂离子电池采用更加均匀的加热方式；对电加热器、导热介质和电子天平采取保护措施；试验装置可以根据试验需求拆装和改造，更加方便灵活；
混合装置根据试验需求可喷射出不同浓度、压力、混合比例及形态(雾态)的抑制介质，介质的种类包括水、改性溶液、气体以及气体混合物等；利用红外成像装置可以进行实时图像采集，利用试验仓的检测孔可实现热电偶的空间化布置，以测定区域内固定位点的准确温度，气体分析仪可以对封闭试验仓内的气体进行采样分析。
附图说明
图1为本实用新型整体结构的示意图；
图2为本实用新型加热装置的示意图；
图3为本实用新型过充短接装置的示意图；
图4为本实用新型针刺装置的示意图。
图中：1、试验仓；2、检测孔；3、锥形顶；4、排烟管；5、排烟风机；6、采样管；7、底筒；8、上层导流栅；9、下层导流栅；10、锥形支撑件；11、进气管；12、进气风机；13、导流板；14、吸水棉；15、排水管；16、液体快速接头；17、柱塞泵；18、控水阀门；19、比例混合器；20、原液箱；21、压力表；22、混合器；23、气体快速接头；24、控气阀门；25、气体流量计；26、气压表；27、可变换喷头；28、气体分析仪；29、电子天平；30、红外成像装置；31、热电偶；32、数据采集器；33、计算机；34、隔热板；35、加热筒；36、导热管；37、第一夹板；38、电加热器；39、第二夹板；40、电池测试仪；41、数据采集装置；42、第三夹板；43、机械撞针。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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做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。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”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。
实施例：
请参阅图1-图4，一种电池热失效抑制试验装置，包括试验仓1，试验仓1的整体呈圆柱形，正面活动设置有钢化玻璃观察窗，背面是不锈钢材质，试验仓1的外壁均匀开设有若干个检测孔2，若干个检测孔2均通过橡胶瓣膜进行封闭，试验仓1的顶部形成有锥形顶3，锥形顶3的顶部设置有排烟管4，排烟管4的内壁固定安装有排烟风机5；
排烟管4的内部还设置有采样管6，采样管6设置在排烟风机5的下方，采样管6的末端延伸至排烟管4的外部，通过采样管6能够对烟气进行采样；
试验仓1的底部固定安装有底筒7，底筒7的内壁设置有下层导流栅9，试验仓1的内壁设置有上层导流栅8，上层导流栅8呈环状，上层导流栅8底部的中心处设置有锥形支撑件10，锥形支撑件10在环状的上层导流栅8中用于支撑热失效装置，同时也能够对试验中的气体进行分向导流，锥形支撑件10的底端固定安装在下层导流栅9的顶部；
底筒7外壁的左右两侧均设置有进气管11，进气管11的内壁固定安装有进气风机12，通过进气风机12吸入空气，进气风机12的输出端处还设置有导流板13，导流板13固定安装在进气管11的内壁上，通过导流板13能够使空气均匀流向下层导流栅9；
下层导流栅9、进气风机12和导流板13对仓体内气体进行分向导流，可选气体接口连接不同的气源，以创造不同的气氛环境；
底筒7的内底壁设置有预湿的吸水棉14，底筒7的内侧壁固定安装有排水管15，排水管15的内部设置有排水阀；
试验仓1的内部还设置有可变换喷头27，可变换喷头27用于喷射不同浓度、压力、混合比例及形态的抑制介质，抑制介质包括水、改性溶液、气体以及气液混合物，可变换喷头27的输入端通过管道连接有混合装置；
本实施例中，混合装置包括液体充入管和气体充入管，液体充入管和气体充入管的末端设置有混合器22，混合器22通过管道与可变换喷头27固定相连；
液体充入管上从下至上依次设置有液体快速接头16、柱塞泵17、控水阀门18、比例混合器19和压力表21，比例混合器19的输入端还通过管路连接有原液箱20，液体由液体快速接头16接入液体充入管，利用柱塞泵17增压，经过控水阀门18调节后，由比例混合器19从原液箱20抽取需配溶液原液配置相应浓度混合液，经压力表21确定压力后送入混合器22；
气体充入管上从上至下依次设置有气体快速接头23、控气阀门24、气体流量计25和气压表26，气体由气体快速接头23接入气体充入管，通过控气阀门24调整，由气体流量计25和气压表26确定流量和压力后送入混合器22；混合器22中设有轴固定的多级旋转体，在气体、液体的驱动下，高速旋转，将两者混合送至可变换喷头27后喷出；
采样管6的末端通过管路固定连接有气体分析仪28，通过气体分析仪28能够对采样管6中采集的气体进行分析；
上层导流栅8顶部的中心处设置有电子天平29，气体分析仪28和电子天平29的输出端与计算机33的输入端电性连接；
检测孔2的内部设置有热电偶31，热电偶31通过数据采集器32与计算机33之间电性连接，利用试验仓1的检测孔2可实现热电偶31的空间化布置，以测定区域内固定位点的准确温度；
还包括红外成像装置30，红外成像装置30的输出端与计算机33的输入端电性连接，利用红外成像装置30可以进行实时图像的采集，本实施例中，红外成像装置30是红外摄像机；
试验仓1的内部还设置有热失效装置，热失效装置用于使锂离子电池发生热失效，热失效装置包括加热装置、过充短接装置和针刺装置，加热装置用于加热锂离子电池以使锂离子电池发生热失效，过充短接装置用于过充或短接锂离子电池以使锂离子电池发生热失效，针刺装置用于穿刺锂离子电池以使锂离子电池发生热失效；
加热装置包括隔热板34、加热筒35、导热管36、第一夹板37和电加热器38，加热筒35固定安装在隔热板34的顶部，加热筒35内部的中心处设置有导热管36，导热管36的内部设置有第一夹板37，第一夹板37用于固定锂离子电池，导热管36的外壁设置有电加热器38，电加热器38与加热筒35的内壁之间填充有导热介质，加热筒35的顶部设置有防水板；
电加热器38工作能够加热第一夹板37内固定的锂离子电池，从而使锂离子电池发生热失效；
导热介质、导热管36和电加热器38的配合使用，实现了锂离子电池的均匀加热，防水板和加热筒35的设置能够更好的保护导热介质和电加热器38，使试验过程更加安全；
过充短接装置包括两个相对设置的第二夹板39、电池测试仪40和数据采集装置41，两个相对设置的第二夹板39用于固定锂离子电池，两个第二夹板39上分别设置有电池测试仪40的正负极引线，电池测试仪40的输出端与数据采集装置41的输入端电性连接，电池测试仪40能够过充或短接锂离子电池以使锂离子电池发生热失效；
针刺装置包括两个相对设置的第三夹板42和机械撞针43，两个相对设置的第三夹板42用于固定锂离子电池，机械撞针43用于穿刺锂离子电池，机械撞针43能够穿刺锂离子电池以使锂离子电池发生热失效，由于机械撞针43已是成熟的现有技术，因此不再本实施例中具体的进行说明。
本实用新型的工作原理及使用流程：
控制热失效装置对锂离子电池进行加热、过充或短接、针刺等，促使锂离子电池发生热失效，锂离子电池热失效后，可变换喷头27开始工作，柱塞泵17和气体流量计25开始工作，控水阀门18和控气阀门24打开，比例混合器19工作，按照预定比例将需配溶液原液和水进行混合，惰性气体和特定溶液的水到达混合器22形成混合物，由可变换喷头27喷出水、惰性气体和改性溶液组合的混合抑制介质，作用于锂离子电池火灾处，进行灭火。整个过程中气体分析仪28、红外成像装置30、数据采集器32、热电偶31和电子天平29持续工作，把锂离子电池热失效抑制试验过程中的气体种类和浓度、灭火过程图像、温度和质量等数据传输到计算机33，进行记录和分析；
上述计算机33中装有数据记录和分析软件，记录整个试验过程中气体、温度和质量等数据，可以根据试验仓1内产生的O2、CO2、CO的浓度和耗氧原理得到锂离子电池的热释放速率和总放热量。
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)
1.一种电池热失效抑制试验装置，包括试验仓(1)，其特征在于：所述试验仓(1)的顶部形成有锥形顶(3)，所述锥形顶(3)的顶部设置有排烟管(4)，所述排烟管(4)的内壁固定安装有排烟风机(5)；
所述试验仓(1)的底部固定安装有底筒(7)，所述底筒(7)的内壁设置有下层导流栅(9)，所述试验仓(1)的内壁设置有上层导流栅(8)，所述上层导流栅(8)底部的中心处设置有锥形支撑件(10)，所述锥形支撑件(10)的底端固定安装在下层导流栅(9)的顶部；
所述底筒(7)外壁的左右两侧均设置有进气管(11)，所述进气管(11)的内壁固定安装有进气风机(12)，所述进气风机(12)的输出端处还设置有导流板(13)，所述导流板(13)固定安装在进气管(11)的内壁上；
所述试验仓(1)的内部还设置有可变换喷头(27)，所述可变换喷头(27)用于喷射不同浓度、压力、混合比例及形态的抑制介质，所述抑制介质包括水、改性溶液、气体以及气液混合物，所述可变换喷头(27)的输入端通过管道连接有混合装置；
所述试验仓(1)的内部还设置有热失效装置，所述热失效装置用于使锂离子电池发生热失效。
2.根据权利要求1所述的一种电池热失效抑制试验装置，其特征在于：所述试验仓(1)的正面活动设置有钢化玻璃观察窗，所述试验仓(1)的背面是不锈钢材质，所述试验仓(1)的外壁均匀开设有若干个检测孔(2)，若干个所述检测孔(2)均通过橡胶瓣膜进行封闭。
3.根据权利要求2所述的一种电池热失效抑制试验装置，其特征在于：所述排烟管(4)的内部还设置有采样管(6)，所述采样管(6)设置在排烟风机(5)的下方，所述采样管(6)的末端延伸至排烟管(4)的外部。
4.根据权利要求1所述的一种电池热失效抑制试验装置，其特征在于：所述底筒(7)的内底壁设置有吸水棉(14)，所述底筒(7)的内侧壁固定安装有排水管(15)，所述排水管(15)的内部设置有排水阀。
5.根据权利要求1所述的一种电池热失效抑制试验装置，其特征在于：所述混合装置包括液体充入管和气体充入管，所述液体充入管和气体充入管的末端设置有混合器(22)，所述混合器(22)通过管道与可变换喷头(27)固定相连；
所述液体充入管上从下至上依次设置有液体快速接头(16)、柱塞泵(17)、控水阀门(18)、比例混合器(19)和压力表(21)，所述比例混合器(19)的输入端还通过管路连接有原液箱(20)；
所述气体充入管上从上至下依次设置有气体快速接头(23)、控气阀门(24)、气体流量计(25)和气压表(26)。
6.根据权利要求3所述的一种电池热失效抑制试验装置，其特征在于：所述采样管(6)的末端通过管路固定连接有气体分析仪(28)，所述上层导流栅(8)顶部的中心处设置有电子天平(29)，所述气体分析仪(28)和电子天平(29)的输出端与计算机(33)的输入端电性连接；
所述检测孔(2)的内部设置有热电偶(31)，所述热电偶(31)通过数据采集器(32)与计算机(33)之间电性连接；
还包括红外成像装置(30)，所述红外成像装置(30)的输出端与计算机(33)的输入端电性连接。
7.根据权利要求1所述的一种电池热失效抑制试验装置，其特征在于：所述热失效装置包括加热装置、过充短接装置和针刺装置，所述加热装置用于加热锂离子电池以使锂离子电池发生热失效，所述过充短接装置用于过充或短接锂离子电池以使锂离子电池发生热失效，所述针刺装置用于穿刺锂离子电池以使锂离子电池发生热失效。
8.根据权利要求7所述的一种电池热失效抑制试验装置，其特征在于：所述加热装置包括隔热板(34)、加热筒(35)、导热管(36)、第一夹板(37)和电加热器(38)，所述加热筒(35)固定安装在隔热板(34)的顶部，所述加热筒(35)内部的中心处设置有导热管(36)，所述导热管(36)的内部设置有第一夹板(37)，所述第一夹板(37)用于固定锂离子电池；
所述导热管(36)的外壁设置有电加热器(38)，所述电加热器(38)与加热筒(35)的内壁之间填充有导热介质，所述加热筒(35)的顶部设置有防水板。
9.根据权利要求7所述的一种电池热失效抑制试验装置，其特征在于：所述过充短接装置包括两个相对设置的第二夹板(39)、电池测试仪(40)和数据采集装置(41)，两个相对设置的第二夹板(39)用于固定锂离子电池，两个所述第二夹板(39)上分别设置有电池测试仪(40)的正负极引线，所述电池测试仪(40)的输出端与数据采集装置(41)的输入端电性连接。
10.根据权利要求7所述的一种电池热失效抑制试验装置，其特征在于：所述针刺装置包括两个相对设置的第三夹板(42)和机械撞针(43)，两个相对设置的第三夹板(42)用于固定锂离子电池，所述机械撞针(43)用于穿刺锂离子电池。
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| CN115019465A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-09-06 | 北京南瑞怡和环保科技有限公司 | 一种用于变电站储能的预警*** |
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