一種鋰離子電池或電池組熱失控綜合檢測系統及方法技術方案

本發明專利技術屬于鋰離子電池技術領域，特別是一種鋰離子電池或電池組熱失控綜合檢測系統及方法。系統包括防爆試驗室、模擬電池箱、熱失控引發裝置、電池熱解氣體采集裝置、電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統、電池熱失控視頻記錄裝置；熱失控引發裝置通過導電柱與模擬電池箱相連，電池熱解氣體采集裝置與模擬電池箱相連，電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統與模擬電池箱相連。本申請的系統能夠觀察記錄不同環境氛圍、不同熱失控引發條件下鋰離子電池組失控效應參數變化，以及對氣體產物的收集，能夠探索電池組內某塊電池發生熱失控后對電池組內其他電池的影響等。

【技術實現步驟摘要】
一種鋰離子電池或電池組熱失控綜合檢測系統及方法
本專利技術屬于鋰離子電池
，特別是一種鋰離子電池或電池組熱失控綜合檢測系統及方法。
技術介紹
近幾年因鋰離子電池或電池組頻繁引發的熱自燃、爆炸事故使得鋰離子電池或電池組的安全性成為社會各界廣泛關注的焦點之一。鋰離子電池在熱沖擊、過沖、過放、短路、振動、擠壓等濫用狀態下，其內部的活性物質及電解液等組分之間發生化學反應，產生大量的熱量和氣體，引起電池升溫，若內部的熱生成速率大于熱散失速率，則體系內的反應溫度就會不斷上升，進一步加速化學反應，觸發電池熱失控，當熱量和內壓累積到臨界極限時，就會引起電池的燃燒或爆炸。充分認識鋰離子電池及電池組失控機制是解決其安全隱患的技術基礎。現有的研究主要采用加速量熱儀、C80微量量熱儀、錐形量熱儀等對鋰離子電池進行熱失控研究。量熱儀主要通過將樣品置于量熱體系中進行反應，測得樣品熱分解過程的反應熱。C80微量量熱儀能準確測量鋰離子電池的電極材料、電解液等電池組件材料熱分解過程的熱效應，但因樣品池耐壓低、裝載的試樣量很小，無法進行單個電池的試驗。加速量熱儀與C80微量量熱儀相比，功能相近，試樣量可大幅提高，但無法開展伴有較強燃爆危險性的鋰離子電池組熱失控蔓延規律研究。此外，加速量熱儀和C80微量量熱儀以“量熱”為主，無法實時觀察電池熱失控過程。錐形量熱儀擅長模擬火災場景下材料的燃燒行為，具有煙氣組分分析與熱通量測量等功能，單次試驗量較大，但不能進行存在爆炸危險的鋰離子電池組熱失控蔓延規律類試驗；另外，錐形量熱儀測試時，試樣暴露在空氣中，而實際應用的鋰離子電池組處于密封的電池箱內，錐形量熱儀不能模擬電池箱內鋰離子電池組熱失控過程。現有技術不能對鋰離子電池或電池組熱失控進行以較完整的測試研究。
技術實現思路
本專利技術所解決的技術問題在于提供一種鋰離子電池或電池組熱失控綜合檢測系統及方法。實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種鋰離子電池或電池組熱失控綜合檢測系統，所述系統包括防爆試驗室、模擬電池箱、熱失控引發裝置、電池熱解氣體采集裝置、電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統、電池熱失控視頻記錄裝置；其中，所述熱失控引發裝置通過導電柱與所述的模擬電池箱相連，所述導電柱與模擬電池箱的密封蓋通過密封結構實現密封，所述的電池熱解氣體采集裝置與所述模擬電池箱相連，所述的電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統與所述的模擬電池箱相連，所述模擬電池箱、電池熱解氣體采集裝置、電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統中的測量部分、電池熱失控視頻記錄裝置放置在防爆試驗室內。進一步的，所述導電柱與模擬電池箱的密封蓋之間實現密封連接的密封結構包括兩個梯形絕緣塊和兩個螺母，兩個梯形絕緣塊的截面呈等腰梯形，兩個絕緣梯形塊為等腰梯形較短的上底相鄰的布置，且上下套裝在導電柱的外周，密封蓋上設置有形狀與絕緣梯形塊相匹配的通孔，兩個梯形絕緣塊等腰梯形較長的下底通過螺母緊固，導電柱上設置有與螺母相匹配的螺紋。進一步的，所述模擬電池箱由滿足材料強度和可燃性要求的材料制備，模擬電池箱包括樣品池和密封蓋，樣品池和密封蓋之間設置橡膠墊片，樣品池和密封蓋由均布在四周的螺栓組實現夾緊密封；所述樣品池其中之一的側面設有圓形防爆玻璃窗，所述密封蓋上還設置有溫度傳感器接口和多個氣孔，電池或電池組放置在模擬電池箱內。進一步的，所述熱失控引發裝置為過熱式，包括調壓儀、導電柱和加熱帶；所述加熱帶包裹在電池或電池組的外周，加熱帶與導電柱的下端相連，導電柱的上端與調壓儀相連，通過調壓儀調整加熱帶的加熱速率，對電池或電池組進行加熱。進一步的或，所述熱失控引發裝置為過充式，包括充放電循環測試儀和導電柱，所述充放電循環測試儀與整個系統的控制系統相連，所述導電柱為兩個，兩個導電柱下端分別通過電線與電池的正、負極相連，兩個導電柱的上端通過導線與充放電循環測試儀上的測試通道相連，通過充放電循環測試儀對電池進行過充直至電池發生熱失控。進一步的，所述電池熱解氣體采集裝置包括過濾裝置、單向閥、氣體采集袋、球閥Ⅱ和真空泵；電池熱解氣體采集裝置通過連接管路和密封蓋上的氣孔相連，氣孔通過連接管路與三通Ⅱ的一端相連，氣孔和三通Ⅱ之間依次設置過濾裝置和單向閥，三通Ⅱ的另一端連接氣體采集袋，三通Ⅱ的第三端通過球閥Ⅱ連接真空泵。進一步的，采用紅外氣體分析儀代替氣體采集袋，實現氣體的在線分析。進一步的，所述電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統包括溫度傳感器、壓力傳感器、球閥Ⅰ、氣泵、采集卡和控制系統；所述溫度傳感器與密封蓋上的溫度傳感器接口相連，所述溫度傳感器為K型熱電偶或熱電阻，溫度傳感器為兩個，一個固定在靠近電池或電池組的表面，用于測量電池或電池組表面的溫度，另一個固定在模擬電池箱中遠離電池或電池組表面的區域，用于測量模擬電池箱內的溫度；溫度傳感器通過導線連接相應的采集卡，采集卡連接控制系統；密封蓋上的氣孔通過連接管路連接三通Ⅰ的一端，三通Ⅰ的另一端通過球閥Ⅰ連接氣泵，三通Ⅰ的第三端連接壓力傳感器，壓力傳感器通過導線連接相應的采集卡，采集卡和電腦控制系統相連。進一步的，所述電池熱失控視頻記錄裝置包括攝像儀或視頻探測儀、模擬電池箱的防爆玻璃觀察窗和LED燈，所述LED燈獨立設置，采用紐扣電池供電；所述系統還包括排風凈化裝置，用于排出防爆試驗室內殘留的氣體。一種采用上述的系統檢測電池或電池組熱失控的方法，包括如下步驟：(1)打開模擬電池箱上的觀察窗，將鋰離子電池放置其中，并用加熱帶包裹住，將一個溫度傳感器固定在鋰離子電池的表面，打開模擬電池箱內的LED燈，關上觀察窗，溫度傳感器為K型熱電偶，探針長度為30cm，直徑為1mm；(2)實驗環境條件為無氧時：關閉單向閥，打開球閥Ⅰ，使用氣泵抽出模擬電池箱內、以及各個管路中的空氣，關閉球閥Ⅰ，為實驗創造無氧環境；實驗環境條件為有氧時：關閉單向閥與球閥；(3)打開球閥Ⅱ，使用真空泵將單向閥另一側電池熱解氣體采集裝置管路及氣袋中的空氣抽出，關閉球閥Ⅱ，將采集裝置抽成真空狀態，可利用模擬電池箱與氣體采集裝置之間的壓力差采集氣體，同時又保證收集到的氣體純度；打開控制系統中溫度檢測單元、壓力檢測單元，檢測裝置是否漏氣；(4)通過調壓儀調整加熱帶的加熱速率，對電池進行加熱，打開攝像儀記錄實驗過程，同時開啟控制系統中溫度壓力軟件進行數據采集；(5)待反應結束后，打開單向閥，將生成的氣體采集到氣體采集袋中。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點如下：(1)本專利技術通過熱失控引發裝置來引發鋰離子電池或電池組發生熱失控，通過電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統測量記錄熱失控過程中電池溫度、箱體的溫度和壓力，通過電池熱解氣體采集裝置或分析裝置對熱失控氣體產物進行收集檢測與分析，通過連接管路處的氣泵營造模擬電池箱內環境條件，可研究氧氣含量對鋰離子電池或電池組熱失控的影響，綜上所述，本申請的系統能夠觀察記錄不同環境氛圍、不同熱失控引發條件下鋰離子電池組失控效應參數變化，以及對氣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種鋰離子電池或電池組熱失控綜合檢測系統，其特征在于，所述系統包括防爆試驗室(1)、模擬電池箱(2)、熱失控引發裝置、電池熱解氣體采集裝置、電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統、電池熱失控視頻記錄裝置；/n其中，所述熱失控引發裝置通過導電柱(19)與所述的模擬電池箱(2)相連，所述導電柱(19)與模擬電池箱(2)的密封蓋通過密封結構實現密封，所述的電池熱解氣體采集裝置與所述模擬電池箱(2)相連，所述的電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統與所述的模擬電池箱(2)相連，所述模擬電池箱(2)、電池熱解氣體采集裝置、電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統中的測量部分、電池熱失控視頻記錄裝置放置在防爆試驗室(1)內。/n

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池或電池組熱失控綜合檢測系統，其特征在于，所述系統包括防爆試驗室(1)、模擬電池箱(2)、熱失控引發裝置、電池熱解氣體采集裝置、電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統、電池熱失控視頻記錄裝置；
其中，所述熱失控引發裝置通過導電柱(19)與所述的模擬電池箱(2)相連，所述導電柱(19)與模擬電池箱(2)的密封蓋通過密封結構實現密封，所述的電池熱解氣體采集裝置與所述模擬電池箱(2)相連，所述的電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統與所述的模擬電池箱(2)相連，所述模擬電池箱(2)、電池熱解氣體采集裝置、電池箱內溫度與壓力在線測量與記錄系統中的測量部分、電池熱失控視頻記錄裝置放置在防爆試驗室(1)內。


2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述導電柱(19)與模擬電池箱(2)的密封蓋之間實現密封連接的密封結構包括兩個梯形絕緣塊和兩個螺母，兩個梯形絕緣塊的截面呈等腰梯形，兩個絕緣梯形塊為等腰梯形較短的上底相鄰的布置，且上下套裝在導電柱(19)的外周，密封蓋上設置有形狀與絕緣梯形塊相匹配的通孔，兩個梯形絕緣塊等腰梯形較長的下底通過螺母緊固，導電柱(19)上設置有與螺母相匹配的螺紋。


3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述模擬電池箱(2)由滿足材料強度和可燃性要求的材料制備，模擬電池箱(2)包括樣品池和密封蓋，樣品池和密封蓋之間設置橡膠墊片，樣品池和密封蓋由均布在四周的螺栓組實現夾緊密封；所述樣品池其中之一的側面設有圓形防爆玻璃窗，所述密封蓋上還設置有溫度傳感器接口和多個氣孔，電池或電池組放置在模擬電池箱(2)內。


4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述熱失控引發裝置為過熱式，包括調壓儀(16)、導電柱(19)和加熱帶(17)；所述加熱帶(17)包裹在電池或電池組的外周，加熱帶(17)與導電柱(19)的下端相連，導電柱(19)的上端與調壓儀相連，通過調壓儀(16)調整加熱帶(17)的加熱速率，對電池或電池組進行加熱。


5.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述熱失控引發裝置為過充式，包括充放電循環測試儀(18)和導電柱(19)，所述充放電循環測試儀(18)與整個系統的控制系統(13)相連，所述導電柱為兩個，兩個導電柱(19)下端分別通過電線與電池的正、負極相連，兩個導電柱(19)的上端通過導線與充放電循環測試儀(18)上的測試通道相連，通過充放電循環測試儀(18)對電池進行過充直至電池發生熱失控。


6.根據權利要求4或5所述的系統，其特征在于，電池熱解氣體采集裝置包括過濾裝置(7)、單向閥(8)、氣體采集袋(9)、球閥Ⅱ(10)和真空泵(11)；
電池熱解氣體采集裝置通過連接管路和密封蓋上的氣孔相連，氣孔通過連接管路與三通Ⅱ的一端相連，氣孔和三通Ⅱ之...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高晨，潘仁明，嚴娟，唐小勇，殷志平，房家慶，
申請(專利權)人：南京理工大學，南京都盟消防技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32