一种锂电池热失控模拟测试系统及测试方法

本技术属于动力电池安全，适用于电池热失控分析，特别涉及一种锂电池热失控模拟测试系统及测试方法。

背景技术：

1、随着科技创新与发展，锂离子电池能量密度不断提高、续航锂离子电池已广泛应用于消费电子、电动汽车、储能等领域。但是，当电池内部出现某些故障或异常情况时，例如短路、过充、过热等，就可能引发电池热失控，热失控发生后，电池内部的化学反应会迅速加剧，释放出大量的热量，严重威胁电池的安全性，通过对热失控的研究，能够更好地了解电池的安全性能，从而采取相应的措施来预防和控制热失控的发生。

2、锂离子电池在发生热失控时，会导致电池温度急剧上升，产生可燃气体和有害气体，电解液也随之分解产生一些分解产物，同时伴随有烟雾产生，在某些情况下，可能引发起火。电池热失控导致起火，会对人身安全构成极大威胁，造成设备受损、财产损失，因此需要对锂离子电池热失控产生的喷发物起火诱因进行更详细清晰的了解，使得热失控预防措施能够达到更高水平。

3、锂离子电池热失控产生的喷发物较为复杂，难以收集，想要精细研究处理锂离子电池热失控的喷发物，喷发物的捕集、筛分就需要达到更高水平，并且要实时对喷发物进行处理。

4、针对现有技术中存在的问题，亟需一种锂电池热失控模拟测试系统及测试方法，能够针对电池热失控发生后产生的喷发物进行实时详细的分析和可燃性测试，为电池热失控预防控制以及电池热失控后着火行为预测提供理论与实践指导。

5、本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本技术背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的上述问题，本技术提供一种锂电池热失控模拟测试系统及测试方法，通过喷发物收集装置能够全面收集电池热失控喷发物，并且通过喷发物后处理装置以及喷发物存储装置及可燃性在线测试装置，能够实时对喷发物进行预混引燃处理。

2、在本技术的一些实施例中，一种锂电池热失控模拟测试系统，包括：

3、依次相连的电池热失控触发装置、喷发物后处理装置、喷发物存储装置、可燃性在线测试装置以及控制系统；

4、所述电池热失控触发装置包括：

5、电池台架，所述电池台架用于固定电池，所述电池的表面设置有加热片；

6、电气控制柜，所述电气控制柜与加热片相连；

7、传感器组件，所述传感器组件包括温度传感器、压力传感器以及氧气浓度传感器，分别用于收集电池热失控触发装置中的温度、压力和氧气浓度信息；

8、第一喷发物收集装置，其设置于所述电池台架的下方，用于收集落于电池台架下方的喷发物；

9、第二喷发物收集装置，其设置于所述电池台架的上方，用于收集电池台架上方的喷发物；

10、所述喷发物后处理装置，包括：

11、冷凝器，其与第一喷发物收集装置和第二喷发物收集装置相连，用于对电池热失控喷发物进行冷却；

12、依次相连的一级过滤网、二级过滤网、微孔滤膜、一级格栅和二级格栅，用于对所述冷凝器冷却后的电池热失控喷发物进行过滤；其中，

13、通过所述一级过滤网，过滤出粒径大于第一粒径的颗粒物；

14、通过所述二级过滤网，过滤出粒径大于第一粒径，且小于第二粒径的颗粒物；

15、通过所述微孔滤膜，过滤出粒径大于第二粒径的颗粒物；

16、通过所述一级格栅，过滤收集电解液液滴；

17、通过所述二级格栅，过滤收集可燃气体；

18、所述喷发物存储装置，包括：

19、第一沉淀舱，其用于储存粒径大于第一粒径的颗粒物；

20、第二沉淀舱，其用于储存粒径大于第一粒径，且小于第二粒径的颗粒物；

21、第三沉淀舱，其用于储存粒径大于第二粒径的颗粒物；

22、电解液储存罐，其用于储存收集的电解液液滴；

23、可燃气体储气瓶，其用于储存收集气体；

24、空气配气瓶，均通过管路与所述第一沉淀舱、第二沉淀舱、第三沉淀舱、电解液储存罐和可燃气体储气瓶相连，用于调配出不同浓度的混合物，经由混合物运输管道运输至可燃性在线测试装置进行可燃性测试；

25、所述可燃性在线测试装置包括：

26、测试舱体，所述测试舱体内设容纳腔，用于容纳混合物传输管道传输的混合物；

27、脉冲点火器，所述脉冲点火器设置于所述容纳腔上方，用于对容纳腔内的混合物进行点火；

28、加热装置，用于对进入容纳腔的混合物进行加热；

29、所述控制系统与所述脉冲点火器、所述电气控制柜与所述传感器组件电连接。

30、在本技术的一些实施例中，第一喷发物收集装置与冷凝器相连的管路上设置有第一阀门和第一真空泵；第二喷发物收集装置与冷凝器相连的管路上设置有第二阀门和第二真空泵。

31、在本技术的一些实施例中，所述控制系统还包括数据采集仪和计算机，所述计算机通过数据采集仪与所述脉冲点火器、所述电气控制柜与所述传感器组件电连接。

32、在本技术的一些实施例中，所述电池热失控触发装置还包括惰性气体配气瓶，用于在实验前提供惰性环境；所述惰性气体配气瓶配置有惰性气体配气瓶阀门和惰性气体压力表，以控制惰性气体的输送和流量。

33、在本技术的一些实施例中，大于第一粒径的颗粒物通过一号收集通道与第一沉淀舱相连；大于第一粒径，且小于第二粒径的颗粒物通过二号收集通道与第二沉淀舱相连；大于第二粒径的颗粒物通过三号收集通道与第三沉淀舱相连；所述电解液液滴通过四号收集通道与电解液储存罐相连；所述可燃气体通过五号收集通道与可燃气体储气瓶相连。

34、在本技术的一些实施例中，所述第一沉淀舱、第二沉淀舱、第三沉淀舱、电解液储存罐以及可燃气体储气瓶通往混合物传输通道的管路上分别对应设置有第一沉淀舱阀门、第二沉淀舱阀门、第三沉淀舱阀门、电解液储存罐阀门和可燃气体储气瓶阀门，且均对应设置有压力表；所述空气配气瓶的配气管道还设置有空气配气瓶压力表和空气配气瓶阀门；能够根据混合物中的所需的组分进行定量调配。

35、在本技术的一些实施例中，所述电池热失控触发装置还包括第一摄像机，用于监控对所述电池热失控触发装置中的情况，第一补光光源，用于为第一摄像机补光；

36、所述可燃性在线测试装置的测试舱体上还设置有通孔，用于导入恒温水；所述测试舱体还连接有粉尘舱；所述可燃性在线测试装置还包括观察窗，便于观察容纳腔内的反应情况；所述可燃性在线测试装置还包括第二摄像机和第二补光光源。

37、在本技术的一些实施例中，所述第一喷发物收集装置收集密度大于空气密度的喷发物，所述第二喷发物收集装置收集密度小于空气密度的喷发物；喷发物后处理装置通过通孔与第一喷发物收集装置和第二喷发物收集装置相连，第一喷发物收集装置和第二喷发物收集装置布置于电池模组四周。

38、在本技术的一些实施例中，所述冷凝器用于对电池热失控喷发物冷凝，将汽化的电解液冷凝成液态电解液；一级过滤网的网目数为100目，二级过滤网的网目数为300目，过滤网分别阻拦颗粒物，拦截的颗粒物落入相对应的沉淀舱中；所述一级格栅为间距10um，倾斜角10°的微柱；二级格栅为间距5um，倾斜角15°的微柱，液态电解液会被二级格栅阻拦，沿微柱斜坡落入电解液储存罐中；最后通过二级格栅的气体，加压通入可燃气体储气瓶中。

39、在本技术的另一些实施例中，一种锂电池热失控模拟测试系统的测试方法，使用上述的一种锂电池热失控模拟测试系统，能够实时地将电池热失控触发装置筛分出的不同喷发物按照连续时间不同时刻或不同步长，存至喷发物存储装置，引至可燃性在线测试装置进行实时在线测试；包括以下方法：

40、按预先设置的单位时间步长，开启不同沉淀舱、可燃气体储气瓶阀门，关闭电解液储存罐阀门，实现不同粒径大小的颗粒物与可燃气体配混引燃，各阀门启闭能够手动调节，实现连续时间不同时刻不同步长混合物引燃测试，得到颗粒物与可燃气体混合物引燃范围；

41、按预先设置的单位时间步长，开启电解液储存罐、可燃气体储气瓶阀门，关闭各沉淀舱阀门，能够实现电解液与可燃气体配混引燃，各阀门启闭能够手动调节，实现连续时间不同时刻不同步长混合物引燃测试，得到电解液与可燃气体混合物引燃范围；

42、按预先设置的单位时间步长，开启可燃气体储气瓶阀门，关闭各沉淀舱、电解液储存罐阀门，实现可燃气体引燃，实现不同时刻不同步长可燃气体引燃测试，得到可燃气体引燃范围；

43、当混合物不可燃时，开启空气配气瓶，将其配比至可燃，探究混合物与空气可燃配比范围。

44、与现有技术相比，本技术的有益效果至少包括：

45、本发明结构较为简单，操作便捷，通过喷发物收集装置能够全面收集电池热失控喷发物，并且通过喷发物后处理装置以及喷发物存储装置及可燃性在线测试装置，可实时对喷发物进行预混引燃处理；

46、通过本技术的锂电池热失控模拟测试系统，能够实时地将电池热失控触发装置筛分出的不同喷发物按照连续时间不同时刻或不同步长，存至喷发物存储装置，然后引至可燃性在线测试装置进行实时在线测试；

47、通过本技术的锂电池热失控模拟测试系统在电池热失控后，能够将喷发物全面均匀收集，通过后处理装置过滤干燥得到纯化气体，借助喷发物存储装置改变气体浓度，实现单位步长引燃性测试分析。