一种锂电池热失控及灭火实验系统的制作方法

1.本发明涉及锂电池热失控以及灭火技术领域，具体涉及到一种锂电池热失控及灭火实验系统。


背景技术：

2.近些年来，锂电池技术的发展使得新能源汽车得以迅速普及使用，但是新能源汽车在碰撞事故等条件下会导致锂电池短路，导致电池发生热失控进而燃烧爆炸，为防止锂电池热失控发生需要事先掌握锂电池的热失控变化特征，因此需要对锂电池的安全性进行测试。
3.专利cn202021357488.0公开了一种针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，包括防爆隔热实验舱、灭火剂喷射系统、温度采集系统、热失控触发装置、锂电池固定装置和烟气收集分析系统；锂电池固定装置设置于防爆隔热实验舱底部，锂电池固定装置包括上夹板和下夹板，通过固定构件固定上夹板与下夹板的相对位置，上夹板与下夹板之间用于夹持锂电池。该实用新型的实验装置可以有效固定锂电池的情况下，实现多种类型灭火剂在相同工况下测试比对，但是该系统并没有深究对于不同热失控诱发因素对于灭火剂的灭火功效的影响，其得出的结果必然存在片面性；专利cn201911075631.9公开了一种模拟锂电池外短路诱发热失控实验系统及实验步骤，包括离心式风机、防爆箱、无纸记录仪、连续气体检测仪、电脑和摄像机，离心式风机的出风口与防爆箱的其中一端之间连接有进风筒，防爆箱内部的上表面固定安装有固定柱，固定柱上均安装有温度探测头，防爆箱的内部的下表面嵌入有绝缘板，绝缘板上放置有电子天平秤和拍照式三维扫描仪。该发明能够用于锂电池组产生外短路并产生热失控的实验的模拟，即有利于进行推广使用，但是其诱发因素单一，不能同时对多诱发因素进行实验，且该系统设计粗糙，不能得出灭火以及诱发热失控过程中的一些具体参数，如最佳水雾喷洒高度、最佳灭火剂喷射角度以及距离等。
4.因此，本发明设计了一种锂电池热失控及灭火实验系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种锂电池热失控及灭火实验系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂电池热失控及灭火实验系统，该实验系统包括热失控模块和组合灭火模块，所述热失控模块包括：实验箱体，作为锂电池热失控实验室使用；锂电池组，其设置在实验箱体内部，为实验对象；全局温度调控装置和空气循环装置：二者均设置于实验箱体内部，且两者间隔相对设置，用于控制实验箱体内部温度，使得所述实验箱体内热量均匀；
局部温度调控装置，其设置于所述实验箱体内部，与锂电池组贴合设置，用于控制锂电池组的局部温度；充放电短路控制器，其设置于所述实验箱体外部，通过线路与锂电池组连接，用于控制锂电池组短路从而造成锂电池热失稳；参数检测装置，其设置于所述实验箱体外部，与充放电短路控制器相连，用于检测充放电短路过程当中锂电池组的电压电流变化。
7.优选的，所述热失控模块还包括薄膜受压刺破模块，所述薄膜受压刺破模块通过挤压刺破锂电池组内的薄膜造成其内短路，从而诱发其热失控，所述薄膜受压刺破模块分为左右相对的两组，分别设在锂电池组的左右两侧，所述薄膜受压刺破模块包括第一滑轨、第一滑块以及挤压刺破板，所述第一滑块滑动安装在第一滑轨上，且第一滑块与驱动机构连接，通过启动驱动机构，使第一滑块靠近或远离锂电池组，所述挤压刺破板垂直安装在第一滑块顶端，所述挤压刺破板与第一滑块之间设置有加强板。
8.优选的，所述挤压刺破板的工作面上由上而下等间隔分布有若干排用于安装刺破针的针座，每排针座至少包含三个。
9.优选的，所述热失控模块还包括非贴靠式热源诱发模块，所述非贴靠式热源诱发模块利用不与锂电池组直接接触的热源，通过调节热源距离以及功率来诱发锂电池组热失控，以模拟外部热源诱发锂电池热失控的相关参数，所述热源安装在挤压刺破板上，所述热源分为上下间隔设置的多组。
10.优选的，所述组合灭火模块包含：灭火剂供给设备，其设置于所述实验箱体的外部，灭火剂供给设备的输出管与实验箱体内部的注液组件相连，用于向实验箱体内部注入灭火剂灭火；细水雾泵组，其设置于所述实验箱体外部，通过供水管道与实验箱体内部的细水雾喷头相连，用于向实验箱体内部喷射大量水微粒灭火；水喷淋泵组，其设置于所述实验箱体外部，通过供水管道与实验箱体内部的水喷淋喷头相连，用于向实验箱体内部喷洒液态水灭火。
11.优选的，所述实验系统还包括：泄压阀，其设置于所述实验箱体外部，通过泄压管道与实验箱体和废气收集箱相连，通过线路与实验箱体内部的压力传感器相连，用于控制试验箱体的内部压力防止箱体因压力过大而爆炸；辐射热流计，其设置于所述实验箱体内部，用于测试实验过程中实验箱体内部的辐射热大小；温度传感器，其设置于所述实验箱体内部，用于测试实验过程中实验箱体内部的温度变化；贴片热电偶，其设置于所述实验箱体内部，与锂电池组贴合设置，用于测试锂电池组的表面温度；热电偶控制器，其设置于所述实验箱体外部，通过线路与贴片热电偶连接，用于控制贴片热电偶的工作；气体分析仪，其设置于所述实验箱体外部，通过管道与实验箱体内部连接，用于分析锂电池热失稳过程中产生的气体成分；
气泵，其设置于所述实验箱体外部，通过管道与实验箱体内部连接，用于向实验箱体内部充入空气，保障锂电池热失稳过程有充足的氧气供应；高速相机，其设置于所述实验箱体外部，通过实验箱体表面的观察窗来记录锂电池热失稳过程；电子天平，其设置于所述实验箱体内部，放置于锂电池组下方，与锂电池组贴合设置，用于测量锂电池组热失稳过程中质量的变化；防爆照明灯，设置于所述实验箱体内部，通过线路与设置于所述实验箱体外部的照明灯开关连接。
12.优选的，所述实验系统还包括：数据采集模块，其设置于所述实验箱体外部，通过线路与其他设备相连，用于采集实验数据；中心控制器，其设置于所述实验箱体外部，通过线路与其他设备相连，用于控制其他设备的运行并收集储存实验数据。
13.优选的，所述灭火剂供给设备包括第二滑轨，所述第二滑轨上滑动安装有第二滑块，所述第二滑块与位移驱动设备连接，所述第二滑块上设置有灭火剂储存器，所述灭火剂储存器连接灭火剂喷射机，所述灭火剂喷射机通过喷射管道与实验箱体内的注液组件连接，通过启动位移驱动设备，实现注液组件与锂电池组的距离调节，以获取最佳灭火剂灭火距离参数，所述注液组件包括竖管，所述竖管靠近锂电池组的一侧由上而下等间隔分布有多个喷射嘴，每个喷射嘴均配设有电磁阀门，所述喷射管道与竖管相连通。
14.优选的，所述细水雾喷头和水喷淋喷头均通过软管供水，所述实验箱体顶部设有与细水雾喷头连接的第一电动推杆以及与水喷淋喷头连接的第二电动推杆。
15.优选的，所述电子天平安装在旋转底座上，所述电子天平顶端设置有锂电池夹持定位件。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的热失控模块包含多种诱发锂电池热失控的模块，设计的组合灭火模块包含了多种灭火方式，二者结合使用，即可实现对于不同诱发因素导致的锂电池起火现象的研究以及使用不同灭火模块对于各种起火情况的灭火效果，从而得出充分的研究数据，且本方案中还对一些灭火参数进行了具体的研究，如灭火剂的喷射距离、喷射角度对其灭火功效的影响等，通过对灭火参数的研究，从而为实际锂电池起火救援提供了数据支撑。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明的系统示意图；图2为本发明中薄膜受压刺破模块的结构示意图；图3为本发明中挤压刺破板的结构示意图；图4为本发明灭火剂供给设备、注液组件以及伸缩喷头的第一状态示意图；
图5为本发明灭火剂供给设备、注液组件以及伸缩喷头的第二状态示意图附图标记如下：01
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实验箱体，02
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锂电池组，03
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全局温度调控装置，04
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空气循环装置，05
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局部温度调控装置，06
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充放电短路控制器，07
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参数检测装置，08
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灭火剂供给设备，09
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注液组件，10
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细水雾泵组，11
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细水雾喷头，12
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水喷淋泵组，13
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水喷淋喷头，14
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泄压阀，15
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废气收集箱，16
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压力传感器，17
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辐射热流计，18
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温度传感器，19
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贴片热电偶，20
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热电偶控制器，21
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气体分析仪，22
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气泵，23
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观察窗，24
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高速相机，25
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电子天平，26
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防爆照明灯，27
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照明灯开关，28
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线路，29
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管道，30
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第二电动推杆，31
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数据采集模块，32
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中心控制器，33
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第一滑轨，34
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第一滑块，35
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挤压刺破板，36
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加强板，37
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针座，38
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热源，39
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刺破针，40
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旋转底座，41
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第一电动推杆，081
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第二滑轨，082
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第二滑块，083
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灭火剂储存器，084
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灭火剂喷射机，085
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喷射管道，091
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竖管，092
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喷射嘴。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例一如附图1所示，本发明提供一种技术方案：一种锂电池热失控及灭火实验系统，该实验系统包括热失控模块和组合灭火模块，热失控模块包括：实验箱体01，作为锂电池热失控实验室使用；锂电池组02，其设置在实验箱体01内部，为实验对象；全局温度调控装置03和空气循环装置04：二者均设置于实验箱体01内部，且两者间隔相对设置，用于控制实验箱体01内部温度，使得实验箱体01内热量均匀；局部温度调控装置05，其设置于实验箱体01内部，与锂电池组02贴合设置，用于控制锂电池组02的局部温度；充放电短路控制器06，其设置于实验箱体01外部，通过线路28与锂电池组02连接，用于控制锂电池组02短路从而造成锂电池热失稳；参数检测装置07，其设置于实验箱体01外部，与充放电短路控制器06相连，用于检测充放电短路过程当中锂电池组02的电压电流变化。
21.进一步的是，本方案中实验箱体01上还留有若干连接孔，工作人员可以在连接孔处增加更多的灭火方式，以增加方案的检测多样性。
22.本实施例公开了两种诱发锂电池热失控的方式，一是通过局部温度调控装置5控制锂电池组02的局部温度上升，从而引发锂电池热失控，二是通过充放电短路控制器06控制锂电池组02短路从而造成锂电池热失稳；更优的是，本发明中局部温度调控装置5是在锂电池组02的每层均进行设置，在进行诱发实验时，可以在不同位置进行局部温度上升测试，如测试最底层锂电池受热后失控，其会在多久导致整个锂电池组失控，该情况有利于了解锂电池起火的自救时间等。
23.实施例二如图2与图3所示，在其它部分均与实施例1相同的情况下，本实施例与实施例1的区别在于：
热失控模块还包括薄膜受压刺破模块，薄膜受压刺破模块通过挤压刺破锂电池组02内的薄膜造成其内短路，从而诱发其热失控，薄膜受压刺破模块分为左右相对的两组，分别设在锂电池组02的左右两侧，薄膜受压刺破模块包括第一滑轨33、第一滑块34以及挤压刺破板35，第一滑块34滑动安装在第一滑轨33上，且第一滑块34与驱动机构连接，通过启动驱动机构，使得第一滑块34靠近或远离锂电池组02，挤压刺破板35垂直安装在第一滑块34顶端，挤压刺破板35与第一滑块34之间设置有加强板36。
24.进一步的，挤压刺破板35的工作面上由上而下等间隔分布有若干排用于安装刺破针39的针座37，每排针座37至少包含三个。
25.更进一步的，热失控模块还包括非贴靠式热源诱发模块，非贴靠式热源诱发模块利用不与锂电池组02直接接触的热源38，通过调节热源38距离以及功率来诱发锂电池组02热失控，以模拟外部热源诱发锂电池热失控的相关参数，热源38安装在挤压刺破板35上，热源38分为上下间隔设置的多组。
26.本实施例在实施例一的基础上又增设了两种诱发锂电池热失控的方式，其一是通过挤压的方式使得刺破针穿破锂电池内薄膜，从而引发其内部短路，从而造成热失控的问题，该方式模拟了现实生活中受挤压碰撞导致的锂电池起火现象；其二是通过非接触的热源，通过热辐射导致近距离的锂电池热失控的现象；本实施例中的挤压刺破板35可以移动，一方面其可以带动刺破针39进行挤压穿刺动作，另一方面其也可以调节热源38与锂电池组02的距离，从而可以测算不同热源温度下，什么距离会引发锂电池起火，这也为实际设备中锂电池组与发热源的适宜距离设置提供了理论支撑。
27.本实施例中，还可以调节刺破针的位置，对锂电池组中不同位置的电池包进行刺穿，进而观察其热失控效果，同理亦可以启动不同高度位置的热源进行试验。
28.实施例三如图1所示，在其它部分均与前述实施例相同的情况下，本实施例与实施例1的区别在于：组合灭火模块包含：灭火剂供给设备08，其设置于实验箱体01的外部，灭火剂供给设备08的输出管与实验箱体01内部的注液组件09相连，用于向实验箱体01内部注入灭火剂灭火；细水雾泵组10，其设置于实验箱体01外部，通过供水管道与实验箱体01内部的细水雾喷头11相连，用于向实验箱体01内部喷射大量水微粒灭火；水喷淋泵组12，其设置于实验箱体01外部，通过供水管道与实验箱体01内部的水喷淋喷头13相连，用于向实验箱体01内部喷洒液态水灭火。
29.进一步的，实验系统还包括：泄压阀14，其设置于实验箱体01外部，通过泄压管道与实验箱体01和废气收集箱15相连，通过线路与实验箱体01内部的压力传感器16相连，用于控制试验箱体01的内部压力防止箱体因压力过大而爆炸；辐射热流计17，其设置于实验箱体01内部，用于测试实验过程中实验箱体01内部的辐射热大小；温度传感器18，其设置于实验箱体01内部，用于测试实验过程中实验箱体01内部的温度变化；贴片热电偶19，其设置于实验箱体01内部，与锂电池组02贴合设置，用于测试锂电池组02的表面温度；热电偶控制器20，其设置于实验箱体01外部，通过线路与贴片热电偶19连接，用于控制贴片热电偶19的工作；气体分析仪21，其设置于实验箱体01外部，通过管道29与实验箱体01内部连接，用于分析锂电池热失稳过程中产生的气体成分；气泵22，其设置于实验箱体01外部，通过管道29
与实验箱体01内部连接，用于向实验箱体01内部充入空气，保障锂电池热失稳过程有充足的氧气供应；高速相机24，其设置于实验箱体01外部，通过实验箱体01表面的观察窗23来记录锂电池热失稳过程；电子天平25，其设置于实验箱体01内部，放置于锂电池组02下方，与锂电池组02贴合设置，用于测量锂电池组02热失稳过程中质量的变化；防爆照明灯26，设置于实验箱体01内部，通过线路与设置于实验箱体01外部的照明灯开关27连接。
30.进一步的，实验系统还包括：数据采集模块31，其设置于实验箱体01外部，通过线路与其他设备相连，用于采集实验数据；中心控制器32，其设置于实验箱体01外部，通过线路与其他设备相连，用于控制其他设备的运行并收集储存实验数据。
31.实施例四如图4
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5所示，在其它部分均与前述实施例相同的情况下，本实施例与实施例1的区别在于：灭火剂供给设备08包括第二滑轨081，第二滑轨081上滑动安装有第二滑块082，第二滑块082与位移驱动设备连接，第二滑块082上设置有灭火剂储存器083，灭火剂储存器083连接灭火剂喷射机084，灭火剂喷射机084通过喷射管道085与实验箱体01内的注液组件09连接，通过启动位移驱动设备，实现注液组件09与锂电池组02的距离调节，以获取最佳灭火剂灭火距离参数，注液组件09包括竖管091，竖管091靠近锂电池组02的一侧由上而下等间隔分布有多个喷射嘴092，每个喷射嘴092均配设有电磁阀门，喷射管道085与竖管091相连通。
32.进一步的，细水雾喷头11和水喷淋喷头13均通过软管供水，实验箱体01顶部设有与细水雾喷头11连接的第一电动推杆41以及与水喷淋喷头13连接的第二电动推杆30。
33.进一步的，电子天平25安装在旋转底座40上，可实现锂电池组的转动调节，电子天平25顶端设置有锂电池夹持定位件，使得旋转过程中，锂电池组保持稳定。
34.其中，灭火剂储存器083中的灭火剂为二氧化碳或者全氟己酮。
35.本实施例中对灭火剂的喷洒结构以及水雾的喷洒结构进行了改良设计，灭火剂的喷洒位置以及喷洒高度均可以进行调剂，且本方案中电子天平25设于可转动的旋转底座40上，即意味着锂电池组02的角度可以调节，也意味着可以从不同角度对锂电池组进行灭火剂喷洒，这种多样化喷洒方式，能够有利于得到充分的灭火参数；水雾喷头的高度之所以设计为可升降式的，其道理也与前面的一致，都是为了获取更充分的灭火参数。
36.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
37.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。