锂离子电池热失控试验装置的制作方法

1.本技术涉及锂离子电池领域，具体涉及锂离子电池热失控试验装置。


背景技术：

2.为了保证锂离子电池用户使用过程中安全性，电池生产企业设计、生产和制造以及产品验证评估过程中，需要对电池的安全性进行测试，主要包括电滥用、机械滥用和热滥用等场景，其中电滥用包括短路、过充电、过放电等，机械滥用包括针刺、挤压、跌落等，热滥用包括加热。
3.但这几个电滥用和机械滥用最终都会引起电池发生内短路等，进一步导致电池发热，造成热滥用。此外，由于电解液和电池起火燃烧后产生的气体易燃易爆，对人体也具有毒性，因此，为了系统评估电池的安全性能，不仅需要评估电池在滥用场景下的特性，而且需要收集并分析电池产生气体的成分并进行分析，对测试后的电池残留物重量进行分析，以评估电池内部产生气体对人体或环境的危害。
4.但是目前用于对锂离子电池的安全性能进行评估的热失控装置仍存在较多不足之处，主要是现有的热失控装置采用单层罐体或箱体结构，密封性能不佳。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于，提供锂离子电池热失控试验装置，可以解决现有的锂离子电池热失控试验装置试验密封性能不佳的技术效果。
6.为实现上述目的，本技术提供锂离子电池热失控试验装置，包括：壳体，其内部具有第一腔体并在顶部敞开形成开口，所述壳体顶部边缘设有沿所述开口周向延伸的第一卡接结构和第二卡接结构；内胆，其容置于所述第一腔体中，所述内胆的顶部环设有与所述第一卡接结构配合的第一密封结构；以及盖体，其盖设在所述壳体的顶部，与所述第二卡接结构配合以对所述壳体和所述内胆进行密闭。
7.进一步地，所述盖体包括：若干弱电接线柱，贯穿所述盖体，且连接处为密封配合，所述弱电接线柱将所述内胆内的信号传输到所述盖体外部的外部数据采集器。
8.进一步地，所述盖体包括：两个强电接线柱，贯穿所述盖体，且连接处为密封配合，所述强电接线柱的两端分别连接所述盖体外的设备与所述第二腔体内锂离子电池的正负极。
9.进一步地，所述盖体包括：密封接头，贯穿所述盖体，且连接处为密封配合，所述密封接头的两端分别连接所述盖体外的外部数据采集器与所述第二腔体内的数据采集器。
10.进一步地，所述盖体包括：进气口和出气口，贯穿所述盖体，且连接处为密封配合，用于清洗所述内胆以及收集气体。
11.进一步地，所述盖体包括：压力变送器，贯穿所述盖体，且连接处为密封配合，用于采集和监测所述内胆内的压力变化。
12.进一步地，所述内胆的第二腔体内设有加热片、可燃气体传感器、温度传感器、电
压采集器；所述加热片用于贴附于锂离子电池的表面，所述加热片的电源线通过所述弱电接线柱与供电电源连接；所述可燃气体传感器通过所述弱电接线柱与供电电源连接；所述电压采集器通过所述弱电接线柱与数据采集器连接。
13.进一步地，所述盖体上还安装有泄压阀，所述泄压阀用于释放所述内胆内的压力。
14.进一步地，所述第一卡接结构上形成有第一密封槽；第一密封圈内嵌于所述第一密封槽内。
15.进一步地，所述第二卡接结构上形成有第二密封槽；第二密封圈内嵌于所述第二密封槽内。
16.本技术的技术效果在于，在壳体内放置内胆，壳体加内胆双层密封结构，密封效果更好，内胆可随时取出且尺寸多样，可以适用于不同的电池大小和测试目的。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本技术实施例提供的锂离子电池热失控试验装置的立体图；
19.图2是本技术实施例提供的锂离子电池热失控试验装置的爆炸图；
20.图3是本技术实施例提供的壳体的结构示意图；
21.图4是本技术实施例提供的锂离子电池热失控试验装置的截面图。
22.附图标记说明：
23.100、壳体；200、内胆；300、盖体；500、连接件；600、拉环；
24.101、第一腔体；110、第一卡接结构；120、第二卡接结构；111、第一密封槽；121、第二密封槽；
25.201、第二腔体；
26.310、弱电接线柱；320、强电接线柱；330、密封接头；340、进气口；350、出气口；360、压力变送器；
27.411、第一密封圈；421、第二密封圈。
具体实施方式
28.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。
29.本技术实施例提供一种锂离子电池热失控试验装置。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
30.如图1、图2所示，所述锂离子电池热失控试验装置包括壳体100、内胆200以及盖体300。所述壳体100内部具有第一腔体101并在顶部敞开形成开口，所述壳体100顶部边缘设有沿所述开口周向延伸的第一卡接结构110和第二卡接结构120。所述内胆200容置于所述第一腔体101中，所述内胆200的顶部环设有与所述第一卡接结构110配合的第一密封结构。所述盖体300盖设在所述壳体100的顶部，与所述第二卡接结构120配合以对所述壳体100和所述内胆200进行密闭。
31.如图3、图4所示，所述壳体100的内部具有第一腔体101并在其顶敞开形成开口，所述第一腔体101的形状不作限制，包括圆柱形罐体、方形箱体等，在本实施例中所述第一腔体101的形状优选为圆柱形罐体，所述第一腔体101用以放置内胆200。在所述壳体100上还可采用钢化玻璃设置透明观察窗口，用于观察所述壳体100内的热失控状况。
32.如图3所示，在本实施例中，所述壳体100开口顶部边缘具有延伸部，在该延伸部上形成有台阶结构，所述台阶结构包括沿着所述第一腔体101的轴线方向由内及外依次布置的第一卡接结构110以及第二卡接结构120。在本技术的其他实施例中，若所述壳体100的边壁具有一定的厚度，且该厚度能够支撑形成台阶结构时，则所述壳体100的开口顶部边缘无需设置延伸部。
33.具体地，在一些可能实施的应用实例中，当第一卡接结构110所处的高度小于第二卡接结构120所处的高度，此时内胆200顶部与所述第一卡接结构110配合的第一密封结构可凸出于所述内胆200且平行于所述第一卡接结构110以进行密封，盖体300也可平行于所述第二卡接结构120以进行密封；当第一卡接结构110所处的高度大于第二卡接结构120所处的高度，此时盖体300需要有凸出于本体的延伸结构，以能够延伸抵接至水平高度低于所述第一卡接结构110的第二卡接结构120，从而实现盖体300与所述第二卡接结构120的密封。
34.所述第一卡接结构110上形成有第一密封槽111，所述第一密封槽111用以放置第一密封圈411。
35.所述第二卡接结构120上形成有第二密封槽121，所述第二密封槽121用以放置第二密封圈421。
36.当所述第一卡接结构110与所述第一密封结构、所述第二卡接结构120与所述盖体300盖合实现密封时，所述第一密封结构和所述盖体300分别盖设在对应的第一密封圈411和第二密封圈421上，从而进一步加强密封性能。
37.所述内胆200通过所述开口可移除地装入所述第一腔体101中，所述内胆200的内部具有第二腔体201，所述第二腔体201的形状不作限制，包括圆柱形罐体、方形箱体等，在本实施例中所述第二腔体201的形状优选为圆柱形罐体，所述内胆200的顶部外轴形成有一圈第一密封结构，所述内胆200装入所述第一腔体101中的期望位置时，所述第一密封结构与所述第一卡接结构110相配合，实现所述内胆200与所述壳体100之间的密封。
38.所述内胆200的第二腔体201的深度小于所述壳体100的第一腔体101的深度，所述被单200的尺寸可有多种选择，可根据待试验电池的大小选择合适的内胆200。
39.所述内胆200的材质较轻，可采用不锈钢材质，易于清洗与更换，也便于确保测试结果的准确性。
40.在所述内胆200的第二腔体201内放置待试验的锂离子电池，在锂离子电池的表面
贴上加热片，所述加热片的位置与所述内胆200的相对位置不作限定，可以悬挂在所述盖体300的内侧、放置在所述内胆200的底部或是放置在所述内胆200内部的架子上等。在所述第二腔体201内还设置有可燃气体传感器、温度传感器、电压采集器等组件。
41.所述盖体300可移除地连接至所述壳体100的顶部，所述盖体300可使用若干连接件500连接至所述壳体100，所述连接件500可为螺丝等部件，以对所述开口进行封闭。所述盖体300与所述第二卡接结构120相配合，实现所述壳体100与所述内胆200之间的密闭。
42.在本技术的其他实施例中，所述盖体300的底部可设置有第二密封结构，与所述第二卡接结构120相配合来实现所述壳体100与所述内胆200之间的密闭，例如在上述所提到的实施例中，所述第二开解结构120的高度小于所述第一卡接结构110的高度，此时的第二密封结构需要凸出于所述盖体300本体的水平面，并延伸至所述第二卡接结构120处，与其抵接实现密封。
43.所述盖体300上设有若干弱电接线柱310、若干强电接线柱320、密封接头330、进气口340、出气口350以及压力变送器360，以上部件的数量可以根据实际测试需求进行调整，具体的分布位置也可根据实际情况在盖体300上进行相应的布置。在本实施例中，优选地，所述弱电接线柱310的个数为6个，所述强电接线柱320的个数为两个，其余部件均只有一个。
44.所述弱电接线柱310贯穿所述盖体300，且连接处为密封配合，所述弱电接线柱310为弱电陶瓷绝缘铜芯接线柱，也可以替换为玻璃烧结真空密封航插。每一弱电接线柱310具有彼此背离的两个端口，分别连接至所述盖体300外部的装置以及所述内胆200内的器件。所述弱电接线柱310用于将所述内胆200内的信号传输至外部数据采集器中，便于所述外部数据采集器进行数据采集以及分析。
45.所述加热片的电源线通过所述弱电接线柱310与供电电源连接。
46.所述可燃气体传感器通过所述弱电接线柱310与供电电源连接。所述可燃气体传感器放置于所述内胆200内的合适位置。
47.所述电压采集器通过所述弱电接线柱与数据采集器连接。
48.所述强电接线柱320贯穿所述盖体300，且连接处为密封配合。所述强电接线柱320用于连接所述装置外的设备与所述第二腔体201内锂离子电池的正负极，对所述锂离子电池的正负极做绝缘处理。
49.所述密封接头330贯穿所述盖体300，且连接处为密封配合，所述密封接头330用于连接装置外的外部数据采集器与所述第二腔体201内的数据采集器，所述数据采集器包括温度传感器、可燃气体传感器、电压采集器等。
50.所述进气口340和所述出气口350贯穿所述盖体300，且连接处为密封配合，用于清洗所述内胆200以及收集气体。
51.所述压力变送器360贯穿所述盖体300，且连接处为密封配合，用于采集和监测所述内胆200内的压力变化。
52.所述盖体300上还设有泄压阀，所述泄压阀用于释放所述内胆200内的压力。通过所述加热片对所述锂离子电池进行加热，所述内胆200内的温度升高、气压增大，直至所述内胆200内的气压达到所述泄压阀的预设阈值后所述泄压阀自动开启或者所述锂离子电池发生热失控。在所述泄压阀开启或所述锂离子电池发生热失控之后，打开所述出气口350，
收集所述出气口350内排出的气体，并对所述气体进行气相色谱分析来确定所述气体的成分。在排出气体后，所述内胆200内的气压下降，降到小于所述预设阈值后，所述泄压阀自动关闭。
53.所述拉环600设于所述盖体300上，作为移除所述盖体300时的借力装置。
54.以加热方式触发锂离子电池热失控为例，上述锂离子电池热失控试验装置的具体使用过程包括如下步骤：
55.根据待试验的锂离子电池的外形尺寸和测试要求，选择合适大小的内胆200，并单独对所述锂离子电池和所述内胆200进行称重，该重量为初始数值。
56.将功率合适的加热片贴在所述锂离子电池的外表面，将所述加热片的电源线连接到所述弱电接线柱310的一端，并根据测试要求在所述锂离子电池表面的合适位置处布置温度采样点，同时，从所述锂离子电池的正负极引出电压采集器，并连接至所述弱电接线柱310。
57.将所述锂离子电池的正负极耳做绝缘处理，并将所述锂离子电池和所述加热片一起放置在所述内胆200的第二腔体201中。
58.连接所述可燃气体传感器的输入端至所述弱电接线柱310，并将所述可燃气体传感器置于所述内胆200内的合适位置。
59.将所述内胆200、所述锂离子电池和所述加热片放置于所述第一腔体101内，盖上所述盖体300，并通过前文所述的密封圈和螺栓等方式实现所述壳体100和所述盖体300的密封。
60.通过所述弱电接线柱310的第一端，分别将所述加热片和所述可燃气体传感器连接至合适的外部供电电源，将所述电压采集器、所述热电偶、所述可燃气体传感器输出信号、压力变送器输出信号等连接至外部数据采集器。
61.通过正压法检查并确定装置气密完好，并使用惰性气体，通过所述进气口340和所述出气口350对所述内胆200的内部进行清洗。
62.关闭所述进气口340和所述出气口350，开启数据采集器准备进行测试。
63.通过所述加热片对所述锂离子电池进行加热，直至所述内胆200内的气压达到所述泄压阀的预设阈值后安全阀开启或锂离子电池发生热失控为止。
64.在合适时间打开装置的出气口350，收集气体并进行气相色谱分析确定气体成分。
65.完成测试后，打开盖体300，移除所述内胆200，移除所述加热片和所述热电偶等外部材料，对所述内胆200和电池残留碎片物质进行称重，这一重量为最终数值。
66.对数据采集器采集的温度变化、电压变化、腔体内压力变化、可燃气体传感器信号进行数据整理和分析，以及电池热失控前后重量对比，完成实验。
67.本实施例所述锂离子电池热失控试验装置的技术效果在于：
68.是一种综合性一体化热失控实验装置，可实现不同测试目的，如短路、过充电和加热等方式触发热失控；
69.在壳体内放置内胆，壳体加内胆双层密封结构，密封效果更好，内胆可随时取出且尺寸多样，可以根据电池大小和测试目的，选择合适内胆，提高测量结果的准确性；
70.内胆易于清洗更换，确保不同测试产物不对后续测试产生影响，提高测试准确性；
71.电池热失控后残留碎片物质可以在内胆中直接进行便捷承重，计算准确电池失重
比；
72.内胆易于清洗和更换，提高设备的利用率。
73.以上对本技术实施例所提供的锂离子电池热失控试验装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。