锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置的制作方法

本发明属于安全控制技术领域，具体涉及一种锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置。

背景技术：

近些年来，电动汽车行业在全球范围内得到了快速发展，电动汽车的核心部件是动力电池；在我国，电动汽车动力电池主要采用锂离子电池。然而，由于锂离子电池引发的起火、爆炸事故频现报道，其安全问题备受关注。锂离子电池的安全性问题主要是由于热失控造成的，高温、过充电、过放电等是造成锂离子电池热失控的重要原因，锂离子电池高温下热失控产生气体，关于其气体分析是研究电池热失控机理的重要手段之一。

当前关于锂离子电池的高温热失控产生气体量的测量及气体收集装置在市场上还几乎处于空白，研究人员通常搭建简易装置进行电池产气量测量和气体收集，以进行锂离子电池热失控的研究。然而，简易装置所收集的气体杂质较多，产气量测量结果准确度不高，导致后续气体成分分析结果与真实结果误差较大。因此，有必要针对锂离子电池高温、过充电、过放电引发的热失控，专门开发产生气体的量的测量和收集装置，以为电池热失控分析提供准确的数据。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种可对锂离子电池由高温、过充电、过放电触发热失控所产生气体的进行定量测量和收集装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，所述装置包括：

压力防爆容器，其包括容器壁、顶盖、底座，形成封闭的空间；

加热装置，其包括容器壁中部圆周上均匀分布的多个加热模块、置于顶盖上的1个加热模块、置于底座上的1个加热模块和置于电池上的1个加热模块；

电池悬吊装置，其置于压力防爆容器内部，其包括网兜，上端悬吊于容器顶盖；

惰性气体循环装置，所述惰性气体循环装置与压力防爆容器连通，并具有惰性气体进入通道和惰性气体排出通道，惰性气体进入通道和惰性气体排出通道分别连通压力防爆容器内腔；

电池充放电模块，其包括置于容器壁上的2个接线柱和充放电设备，2个接线柱在容器内的部分分别连接电池正负极；容器壁外侧部分接充放电设备，充放电设备的电压采集线连接在容器壁外部的接线柱上；

检测装置，其包括多个温度检测模块，1个气压检测模块，多个气体流量检测模块；所述多个温度检测模块分别一一置于多个加热模块附近，分别采集对应加热模块附近的温度，其中电池上的加热模块附近的温度检测模块置于电池上，用于检测电池的温度；所述1个气压检测模块置于容器顶盖；所述多个气体流量检测模块分别置于惰性气体进入通道、惰性气体排出通道上；

控制系统，其包括功率调节器和控制模块，所述控制模块与功率调节器电连接；

所述控制系统与加热装置、电池充放电模块和检测装置电连接。

其中，所述容器壁中部圆周上均匀分布的加热模块的数量为3个。

其中，所述网兜为耐高温网兜。

其中，所述耐高温网兜为绝缘网兜。

其中，所述惰性气体进入通道和惰性气体排出通道在同一水平线上。

其中，所述温度检测模块的数量与加热模块相同。

其中，所述装置还包括防爆泄压模块，其与压力防爆容器连通。

其中，所述防爆泄压模块包括防爆泄压通道、安全阀与防爆泄压容器。

其中，所述装置还包括气体收集模块，其与压力防爆容器连通。

其中，所述气体收集模块包括气体收集阀门、气体收集通道、冷凝器、气体收集钢瓶和真空泵；

所述检测装置所包含的气体流量检测模块中，包括设置于气体收集通道上的气体流量检测模块。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：

对锂离子电池由高温、过充电、过放电触发热失控产生的气体均可进行产气量测量和气体收集；

可实时监测锂离子电池热失控过程的温度和电压变化情况，可为锂离子电池热失控的分析提供可靠的数据支撑。

附图说明

图1为本发明提供的一种锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术问题，本发明提供一种锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，如图1所示，所述装置包括：

压力防爆容器，其包括容器壁、顶盖、底座，形成封闭的空间；

加热装置，其包括容器壁中部圆周上均匀分布的多个加热模块、置于顶盖上的1个加热模块、置于底座上的1个加热模块和置于电池上的1个加热模块；

电池悬吊装置，其置于压力防爆容器内部，其包括网兜，上端悬吊于容器顶盖；

惰性气体循环装置，所述惰性气体循环装置与压力防爆容器连通，并具有惰性气体进入通道和惰性气体排出通道，惰性气体进入通道和惰性气体排出通道分别连通压力防爆容器内腔；

电池充放电模块，其包括置于容器壁上的2个接线柱和充放电设备，2个接线柱在容器内的部分分别连接电池正负极；容器壁外侧部分接充放电设备，充放电设备的电压采集线连接在容器壁外部的接线柱上；

检测装置，其包括多个温度检测模块，1个气压检测模块，多个气体流量检测模块；所述多个温度检测模块分别一一置于多个加热模块附近，分别采集对应加热模块附近的温度，其中电池上的加热模块附近的温度检测模块置于电池上，用于检测电池的温度；所述1个气压检测模块置于容器顶盖；所述多个气体流量检测模块分别置于惰性气体进入通道、惰性气体排出通道上；

控制系统，其包括功率调节器和控制模块，所述控制模块与功率调节器电连接；

所述控制系统与加热装置、电池充放电模块和检测装置电连接。

其中，所述容器壁中部圆周上均匀分布的加热模块的数量为3个。

其中，所述网兜为耐高温网兜。

其中，所述耐高温网兜为绝缘网兜。

其中，所述惰性气体进入通道和惰性气体排出通道在同一水平线上。

其中，所述温度检测模块的数量与加热模块相同。

其中，所述装置还包括防爆泄压模块，其与压力防爆容器连通。

其中，所述防爆泄压模块包括防爆泄压通道、安全阀与防爆泄压容器。

其中，所述装置还包括气体收集模块，其与压力防爆容器连通。

其中，所述气体收集模块包括气体收集阀门、气体收集通道、冷凝器、气体收集钢瓶和真空泵；

所述检测装置所包含的气体流量检测模块中，包括设置于气体收集通道上的气体流量检测模块。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，包括：

具有封闭空间的压力防爆容器a，包括顶盖a1、容器壁a2和底座a3，所述压力防爆容器的内部体积v容器＝1.0l，压力范围为0个大气压至6个大气压；

多块用于对压力防爆容器a和待测锂离子电池进行加热的加热装置b，所述加热装置包括容器壁中部圆周上均匀分布的3个加热模块b1-b3、置于顶盖上的1个加热模块b4、置于底座上的1个加热模块b5和置于电池上的1个加热模块b6，电池上的加热模块连接加热丝缠绕于电池上。加热模块的温度范围为0℃～480℃，可控加热速率为0℃/min～60℃/min；

用于放置锂离子电池的电池悬吊装置c，所述绝缘网兜悬吊于顶盖，置于容器中间部位；

惰性气体循环装置d，所述惰性气体循环装置d与压力防爆容器a连通，并具有惰性气体进入通道模块d1和惰性气体排出通道模块d2。

电池充放电模块e，包括置于容器壁上的2个接线柱e1、e2和充放电设备e3，2个接线柱在容器内的部分连接电池正负极，容器壁外侧部分接充放电设备，电压采集线连接在容器壁外部的接线柱上；

检测装置f，包括6个温度检测模块f1-f6，1个气压检测f7，3个气体流量检测模块f8-f10；

所述6个温度检测模块f1-f6分别置于6个加热模块b1-b6附近，分别采集加热模块附近的温度，其中电池加热模块b6附近的温度检测模块f6置于电池上，用于检测电池的温度检测，所述温度检测模块的灵敏度为温度分辨率0.002℃；

所述1个气压f7检测模块置于容器内壁；

所述3个气体流量检测模块f8-f10分别置于惰性气体进入通道、气体收集通道和惰性气体排出通道上；

防爆泄压模块g，包括防爆泄压通道g1、安全阀g2与防爆泄压容器g3；

气体收集模块h，包括气体收集阀门h1、通道h2、冷凝器h3、气体收集瓶h4和真空泵h5；

控制系统i，所述控制系统包括功率调节器和控制模块，所述控制模块与功率调节器电连接；

所述控制系统与加热装置、电池充放电模块和检测装置电连接。

利用如上所述的测量锂离子电池产气量和收集气体的装置对锂离子电池产气量进行测量并收集气体步骤包括：

步骤1：测量待测锂离子电池的重量和尺寸，计算电池体积。

步骤2：将所述锂离子电池放置于压力防爆容器a的电池悬吊装置c中，电池加热模块b6连接加热丝缠绕于电池上，电池温度检测模块f6放置于电池上，电池正负极通过接线柱e1、e2与电池充放电设备e3电连接，连接电压采集线e4、e5，将压力防爆容器a密封。

步骤3：打开惰性气体进入和排出阀门，通入惰性气体一段时间，排净容器内的空气，使容器内充满惰性气体，并保持容器压强约为1个大气压，关掉惰性气体进入和排出阀门。

步骤4：设定参数，根据测试需要，设定起始和终止温度、升温速率、升温方式等，设定充放电电流、截止电压等参数。

步骤5：启动升温和充放电程序，通过检测和控制系统记录时间、温度、升温速率、气压、电流、电压的具体数值；

步骤6：热失控过程结束后，待容器自然冷却至一定温度；

步骤7：将气体收集瓶h4抽真空，打开气体收集通道的阀门h1和冷凝器h3，关闭阀门，收集部分锂离子电池热失控过程产生的气体。

所述对锂离子电池产气量进行测量并收集气体的步骤2、步骤4、步骤5中，升温程序和充放电的连接、设定和启动，可根据需要单独或同时进行升温和充放电的相关操作，即单独或同时对电池进行升温和充放电。

实施例2

测量锂离子电池的质量和尺寸，其质量记为m，经计算得到其体积为v；

将所述锂离子电池放置于压力防爆容器a的电池悬吊装置c中，所述压力防爆容器的内部体积v容器＝1.0l，电池加热模块b6连接加热丝并缠绕于电池上，电池温度检测模块f6放置于电池上，电池正负极通过接线柱e1、e2与电压采集线连接，将压力防爆容器a密封；

打开惰性气体进入和排出阀门，通入惰性气体一段时间，排净容器内的空气，使容器内充满惰性气体，并保持容器压强约为1个大气压，关掉惰性气体进入和排出阀门；此时压强记为p0，温度为t0；

设定起始温度和终止温度，终止温度需电池热失控温度，并设置升温速率和升温方式；

启动升温程序，检测和控制系统实时记录时间、温度、升温速率、气压、电压的具体数值；

热失控过程结束后，待容器自然冷却至一定温度，此时气压为p，温度为t，

锂离子电池热失控所产生的气体的物质的量为：

n＝p0(v容器-v)/(rt)-p(v容器-v)/(rt)；

将气体收集瓶h4抽真空，打开气体收集通道的阀门h1和冷凝器h3使容器内的气体进入气体收集瓶h4，关闭阀门，收集的锂离子电池热失控过程产生的气体以备进行气体成分分析。

实施例3

测量锂离子电池的质量和尺寸，其质量记为m，经计算得到其体积为v；

将所述锂离子电池放置于压力防爆容器a的电池悬吊装置c中，所述压力防爆容器a的内部体积v容器＝1.0l，电池温度检测模块f6放置于电池上，电池正负极通过接线柱e1、e2与电池充放电设备e3电连接，连接电压采集线，将压力防爆容器a密封；

打开惰性气体进入和排出阀门，通入惰性气体一段时间，排净容器内的空气，使容器内充满惰性气体，并保持容器压强约为1个大气压，关掉惰性气体进入和排出阀门；此时压强记为p0，温度为t0；

设定电池充放电程序；

启动电池充放电程序，检测和控制系统实时记录时间、温度、升温速率、气压、电流、电压的具体数值；

热失控过程结束后，待容器自然冷却至一定温度，此时气压为p，温度为t，

锂离子电池热失控所产生的气体的物质的量为：

n＝p0(v容器-v)/(rt)-p(v容器-v)/(rt)；

将气体收集瓶h4抽真空，打开气体收集通道的阀门h1和冷凝器h3，使容器内的气体进入气体收集瓶h4，关闭阀门，收集的锂离子电池热失控过程产生的气体以备进行气体成分分析；

实施例4

测量锂离子电池的质量和尺寸，其质量记为m，经计算得到其体积为v；

将所述锂离子电池放置于压力防爆容器a的电池悬吊装置c中，所述压力防爆容器a的内部体积v容器＝1.0l，电池加热模块b6连接加热丝并缠绕于电池上，电池温度检测模块f6放置于电池上，电池正负极通过接线柱e1、e2与电池充放电设备e3电连接，连接电压采集线，将压力防爆容器a密封；

打开惰性气体进入和排出阀门，通入惰性气体一段时间，排净容器内的空气，使容器内充满惰性气体，并保持容器压强约为1个大气压，关掉惰性气体进入和排出阀门；此时压强记为p0，温度为t0；

设定起始温度和终止温度，终止温度需电池热失控温度，并设置升温速率和升温方式，设定电池充放电程序；

同时动升温程序和充放电程序，检测和控制系统实时记录时间、温度、升温速率、气压、电流、电压的具体数值；

热失控过程结束后，待容器自然冷却至一定温度，此时气压为p，温度为t，

锂离子电池热失控所产生的气体的物质的量为：

n＝p0(v容器-v)/(rt)-p(v容器-v)/(rt)；

将气体收集瓶h4抽真空，打开气体收集通道的阀门h1和冷凝器h3，使容器内的气体进入气体收集瓶h4，关闭阀门，收集的锂离子电池热失控过程产生的气体以备进行气体成分分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。