一种用于锂电池热失控特征实验装置及方法与流程

本发明涉及锂电池热失控测试术领域，尤其涉及一种用于锂电池热失控特征实验装置及方法。

背景技术：

1、锂电池热失控是指电池在滥用（如过充、过放、短路、高温等）条件下，内部化学反应失去控制，伴随热量、气体、电压等参数急剧变化的现象，严重时会引发起火、爆炸，是制约锂电池安全应用的核心问题。为保障锂电池在储能、新能源汽车等关键领域的安全应用，目前通常采用图像型火灾探测器、点型火焰探测器、可燃气体探测器及感烟和/或感温类火灾探测器等设备，实现对锂电池热失控的预警及火灾探测报警。

2、由于典型锂电池热失控火灾的烟、火、温、气、热等特征，与常见固体、液体燃料火灾的对应特征存在一定差异，而当前市场上的火灾探测报警产品主要针对一般工业及民用建筑场景的火灾设计，普遍缺乏针对典型锂电池热失控火灾特征的专项探测设计及性能检验。随着新能源技术的广泛普及，工业及民用建筑场景中由锂电池热失控引发的火灾事故日益频发，因此，亟需构建一套可模拟、再现典型锂电池热失控火灾早期特征的性能检验设备及配套检验方法，以实现对此类火灾探测器响应性能与效果的补充评价。

3、由于锂电池热失控过程通常伴随烟、火、温、气、热等火灾特征，且相对普通火灾发展过程更为剧烈，对锂电池热失控火灾的模拟往往不确定性更大。现有方法因电池装夹定位偏差、采集触发不同步、环境条件波动等，导致多次测试中热失控特征参数离散度大，包括达到特定气体浓度的时间、火焰出现时刻等，无法有效评价火灾探测器的报警响应时间、探测灵敏度等关键性能指标的稳定性和准确性。

4、因此，亟需设计一套集成多传感器、可控测试环境、精准限位固定，且能保障锂电池热失控特征模拟过程一致性，也可为火灾探测器响应性能测试标准化的测试提供基础，以解决现有技术的不足。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于锂电池热失控特征实验装置及方法，通过设置预设标准的箱体，采用电动推杆控制待测电池位置，采用气体传感器检测箱体内氛围，能够使每次电池热失控实验环境具有一致性，提高实验数据的稳定性和准确性。

2、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

3、一种用于锂电池热失控特征实验装置，包括一箱体，箱体上设有箱门，箱体内部上方设有隔板，隔板上设有排风管道和气体采集管道，排风管道内设有第一排风扇，气体采集管道内设有泵吸式气体检测传感器探头，排风管道和气体采集管道面向待测电池测试区的一侧设有阀门，第一排风扇与阀门之间设有滤网，箱体顶部设有第二排风扇，箱体内部隔板下方区域为待测电池测试区，箱体的内侧壁、待测电池表面设有温度传感器，箱体的内侧壁和/或隔板底部设有视觉采集装置，箱体后侧板的下方设有横向设置的轨道，轨道上设有电动伸缩杆，电动伸缩杆的移动端与电池夹具相连，电动伸缩杆的移动端沿轨道横向伸缩移动，电池夹具面向待测电池的一侧设有加热装置，箱体内还设有用于与待测电池相连的电压采集装置，排风扇、阀门、泵吸式气体检测传感器、温度传感器、视觉采集装置、电动伸缩杆、位置传感器、加热装置、电压采集装置与控制装置相连。

4、进一步地，箱体底板上方的待测电池测试区设有承载板。

5、进一步地，待测电池测试区的箱体内侧壁、隔板底面、箱体底面及承载板上方均设有玻璃纤维耐火背景布。

6、进一步地，待测电池测试区的一侧箱体内侧壁上自上而下竖向间隔设置有若干温度传感器。

7、进一步地，待测电池测试区的另一侧箱体内侧壁上自而下竖向间隔设置有若干视觉采集装置，温度传感器、视觉采集装置分别位于相对的箱体内侧壁上。

8、进一步地，泵吸式气体检测传感器检测包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、烃类气体的成分、浓度。

9、进一步地，电池夹具包括与电动伸缩杆移动端相连的连接杆，连接杆与电池夹持部相连，电池夹持部与待测电池外形相匹配，电池夹持部上设有加热装置，电动伸缩杆的移动端与连接杆的连接处设置位置传感器或者待测电池观测位对应位置上设有标尺。

10、进一步地，电池夹持部包括第一夹板、第二夹板，第一夹板与第二夹板相对设置，第一夹板与第二夹板之间通过螺杆贯穿连接，螺杆上设有调节螺母，第一夹板、第二夹板面向待测电池的一侧面上设有加热片。

11、进一步地，待测电池为两个或两个以上时，相邻待测电池之间设有与控制装置相连的压力传感器。

12、一种用于锂电池热失控特征实验方法，采用所述实验设备，其包括如下步骤：

13、实验开始前，打开箱门、第一排风扇、第二排风扇，对箱体内的气体进行净化，通过泵吸式气体检测传感器检测箱体内的气氛达到预设标准后，停止第一排风扇、第二排风扇工作；将待测电池安装至电池夹具，关闭箱门、阀门；启动加热装置对待测电池进行加热，启动温度传感器、视觉采集装置、电压采集装置对实验数据进行采集，当需要采集气体数据时，打开气体采集管道阀门，打开泵吸式气体检测传感器，对待测电池热失控过程气体进行数据采集，气体数据采集完毕后，关闭气体采集管道阀门及泵吸式气体检测传感器；每次实验前，通过排风扇、泵吸式气体检测传感器使箱体内气氛达到预设标准，通过电动伸缩杆使待测电池移动至预设位置，通过设置传感器采集时间、频率使传感器采集数据符合预设要求。

14、本发明的有益效果是：本发明解决了现有锂电池热失控模拟测试系统参数采集单一、环境可控性差、数据精度低及测试结果一致性不足的技术问题。具体而言，破解现有系统因缺乏标准化流程与一致性控制设计，导致多次重复测试中热失控特征参数离散度大、重复性差，无法实现测试结果有效比对与复用的痛点，实现电池热失控过程中烟、火、温、气、热等多维度特征参数的精准、同步采集，保障多次测试结果的标准化与一致性，为电池热失控机理研究、预警技术研发、火灾探测报警产品技术升级和性能检验提供可靠且可复现的技术方案。

15、本发明集成温度、气体、电压、视觉等多维度信息采集，采用标准化固定安装方式及统一采样参数设置，可同步、标准化获取电池热失控过程中的环境参数、电池本体参数及视觉特征，全面覆盖热失控演变的关键数据节点，有效解决现有测试系统参数采集单一、数据维度不全面的技术痛点，同时保障多批次测试中采集数据的一致性、完整性、可对比性，实现了多次测试环境条件的高度统一，为测试结果的标准化一致性提供了坚实的环境保障。

16、通过电池夹具与电动伸缩杆的协同配合，统一限位基准值设定，既能灵活适配不同规格的电池，又能实现电池安装位置的一致性，有效避免测试过程中电池位移偏差，提升测试数据的采集精度，同时确保每次装夹定位的一致性，满足多批次重复测试的需求。

1.一种用于锂电池热失控特征实验装置，其特征在于：包括一箱体，箱体上设有箱门，箱体内部上方设有隔板，隔板上设有排风管道和气体采集管道，排风管道内设有第一排风扇，气体采集管道内设有泵吸式气体检测传感器探头，排风管道和气体采集管道面向待测电池测试区的一侧设有阀门，第一排风扇与阀门之间设有滤网，箱体顶部设有第二排风扇，箱体内部隔板下方区域为待测电池测试区，箱体的内侧壁、待测电池表面设有温度传感器，箱体的内侧壁和/或隔板底部设有视觉采集装置，箱体后侧板的下方设有横向设置的轨道，轨道上设有电动伸缩杆，电动伸缩杆的移动端与电池夹具相连，电动伸缩杆的移动端沿轨道横向伸缩移动，电池夹具面向待测电池的一侧设有加热装置，箱体内还设有用于与待测电池相连的电压采集装置，排风扇、阀门、泵吸式气体检测传感器、温度传感器、视觉采集装置、电动伸缩杆、位置传感器、加热装置、电压采集装置与控制装置相连。

2.如权利要求1所述的一种用于锂电池热失控特征实验装置，其特征在于：箱体底板上方的待测电池测试区设有承载板。

3.如权利要求2所述的一种用于锂电池热失控特征实验装置，其特征在于：待测电池测试区的箱体内侧壁、隔板底面、箱体底面及承载板上方均设有玻璃纤维耐火背景布。

4.如权利要求1所述的一种用于锂电池热失控特征实验装置，其特征在于：待测电池测试区的一侧箱体内侧壁上自上而下竖向间隔设置有若干温度传感器。

5.如权利要求4所述的一种用于锂电池热失控特征实验装置，其特征在于：待测电池测试区的另一侧箱体内侧壁上自而下竖向间隔设置有若干视觉采集装置，温度传感器、视觉采集装置分别位于相对的箱体内侧壁上。

6.如权利要求1所述的一种用于锂电池热失控特征实验装置，其特征在于：泵吸式气体检测传感器检测包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、烃类气体的成分、浓度。

7.如权利要求1所述的一种用于锂电池热失控特征实验装置，其特征在于：电池夹具包括与电动伸缩杆移动端相连的连接杆，连接杆与电池夹持部相连，电池夹持部与待测电池外形相匹配，电池夹持部上设有加热装置，电动伸缩杆的移动端与连接杆的连接处设置位置传感器或者待测电池观测位对应位置上设有标尺。

8.如权利要求7所述的一种用于锂电池热失控特征实验装置，其特征在于：电池夹持部包括第一夹板、第二夹板，第一夹板与第二夹板相对设置，第一夹板与第二夹板之间通过螺杆贯穿连接，螺杆上设有调节螺母，第一夹板、第二夹板面向待测电池的一侧面上设有加热片。

9.如权利要求1所述的一种用于锂电池热失控特征实验装置，其特征在于：待测电池为两个或两个以上时，相邻待测电池之间设有与控制装置相连的压力传感器。

10.一种用于锂电池热失控特征实验方法，采用权利要求1-9任一所述实验装置，其特征在于，包括如下步骤：