CN109893956A - 一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其结构包括：钢针驱动装置、加热装置、气体转移装置、气体收集装置、中和剂过滤装置、电池固定装置以及底座支撑结构，其特征是：所述底座支撑结构固定连接加热装置，中和剂过滤装置、电池固定装置、加热装置依次环套，用密封圈固定，中和剂过滤装置、气体转移装置、气体收集装置通过连接管连接，钢针驱动装置穿过中和过滤系统固连钢针，整个气体过滤收集装置均固定在底座支撑结构的相应位置。优点：所述箱体可拆卸，便于电池的安装和取出；箱体内壁的泄爆片在电池发生爆炸时，可起到防护作用；该装置稳定达到热失控目的，对气体进行过滤调整，易于操作和推广。

Description

一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置及其操作方法

技术领域

本发明是一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置及其操作方法，属于锂电池领域。

背景技术

目前，动力电池是新能源汽车的一个重要组成部分，其安全性是至关重要的技术参数。针对电池的安全性，其中两项测试为针刺检测和加热炉加热检测。为模拟电池在遭受针刺时的情形，一般采用具有不同直径的刺针，以一定的速率穿透电池或刺穿电池的一半，观察电池是否出现起火、爆炸或者漏液等情况，但是只在单一状况下进行试验并不能够保证电池的热失控，并且现在存的检测装置无法做到控制电池热失控、电池气体过滤、气体收集的一体化，气体收集时，无法调节测试气体流量的变化，需要分开来进行试验检测，此外，若电池爆炸，那么电池爆炸产生的威力会非常大，很容易炸伤测试人员，无法保证检测人员的安全，并且电池在盒体内部无限位装置，很容易滚动，导致测试无法进行或测试数据不准确，存在操作性差，测试效率低下的缺陷，此为现有技术的不足之处。

发明内容

本发明为一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置及其操作方法，目的是控制软包电池，保证软包电池达到热失控状态，同时通过两级过滤系统，使提取的气体更加符合要求，并且通过阀门的调整，控制气体排出的流量，便于精准检测收集的气体。

本发明的技术解决方案：

一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，包括钢针驱动装置、加热装置、气体转移装置、气体收集装置、气体过滤装置、电池固定装置以及底座支撑结构，所述钢针驱动装置包括控制器1、气缸2、驱动杆24、钢针28；所述加热装置包括加热炉16和加热炉开关17；所述气体转移装置包括排气腔4、抽气扇25、吸力调节阀5；所述气体过滤装置包括中和剂过滤系统23和吸力调节器7：所述气体收集装置包括流量调节阀9和气体收集袋10；所述中和剂过滤装置由五个过滤级组成，每层级间通过颗粒过滤网32隔开；所述电池固定装置包括箱体21、固定夹具26、泄爆片31；底座支撑结构包括底座11、第一支撑杆12、第二支撑板8、第二支撑杆18、折杆支撑架20、第一支撑板3、第一支撑座27、第二支撑座30；其中，电池固定装置中所述第二支撑杆18固定在底座上，折杆支撑杆20一端通过螺栓连接在第二支撑杆18顶端，另一端连接第一支撑板3，第一支撑杆12底端固定在所述底座11上，第二支撑板8固定连接第一支撑杆12顶端；所述加热装置、电池固定装置、中和剂过滤装置依次环套，用密封圈固定，中和剂过滤装置、气体转移装置、气体收集装置通过连接管和调节阀连通，钢针驱动装置穿过中和过滤系统固连钢针，所述钢针驱动装置中的气缸2固定在第一支撑板3上，气缸驱动杆24穿过折杆支撑架20和第一支撑板3上的限位孔24a，加热炉16固连在底座11上，加热炉16内部固定有第二支撑座30，所述气体转移装置中的吸力调节器7安装在第二支撑板18上，所述气体收集装置中的气体收集袋10置于底座11上，第一支撑座27固定在箱体21内部，所述电池固定装置中的固定夹具26固定在第一支撑座27上，所述中和剂过滤装置23上端连通气体转移装置中的排气腔4，所述排气腔4内部设置有抽气扇25，排气腔4通过第一连接管6与吸入调节器7连接，所述吸入调节器7通过第二连接管6a与气体收集袋10连通。

所述中和剂过滤装置23与箱体21顶端契合环套对接，外部环套有第二密封圈22，所述箱体21底端与加热炉16契合环套对接，外部环套有第一密封圈13。

所述第二支撑杆18与折杆支撑架20的环套处螺纹连接有第二螺栓19，所述第一密封圈13和第二密封圈22的开口处分通过第四螺栓22a连接，所述底座11和所述第一支撑座27上设置有一组螺纹凹孔，第一支撑座27中间设有圆形透气孔27a。

所述加热炉16放置在所述底座11上，所述加热炉16底端设置有一组固定板15，每个所述固定板15分别螺纹连接第一螺栓14，所述加热炉侧壁设置有加热炉开关17，所述加热炉16内部固定有第二支撑座30，所述箱体21内部固定有第一支撑座27。

所述钢针驱动装置的第一支撑板3上固定气缸2，气缸2上设置有控制器1，气缸2的驱动杆24穿过第一支撑板3和折杆支撑架20上的限位圈24a，驱动杆24穿过中和剂过滤装置23固定连接钢针28。

所述吸力调节器7包括活性炭管、硅胶管和含有氢氧化钠的洗涤瓶，通过线路与外部电源连接，所述吸入调节器7前部设置有一组流量调节按钮7a。

所述电池固定装置的箱体21为聚乙烯箱体，质量为1.7KG，高度为0.8m，容量为120L，第一连接管6和第二连接管6a上分别设置有吸力调节阀5和流量调节阀9，第一连接管6和第二连接管6a为聚四氟乙烯管，长度为1-2m。

所述中和剂过滤装置23由五个过滤级组成，由下往上分别是18dm³粗颗粒分离层、18dm³活性炭层、9cm³高锰酸钾层、9dm³活性氧化铝层、微粒过滤器层，中部通过颗粒过滤网格32隔离，过滤单元尺寸为30*30*60cm³。

所述钢针驱动系统的钢针28直径为3.8mm，控制器为表控TPC8-8TDLS型控制器。

所述箱体21的内壁设置有泄爆片31,所述泄爆片（31）为低负压拱形泄爆片。

其操作方法，包括以下步骤：

（1）打开抽气扇25和吸入调节器7的开关，通过吸入调节器7上的控制器设定吸入调节器7的流量参数，将软包电池放置在支撑座一27上，将固定夹具26压紧在软包电池的两端，将固定夹具26两端的螺栓三29拧紧，完成软包电池的固定，将密封圈一13和密封圈二22的螺栓四22a拧紧，使箱体21内部形成封闭状态；

（2）启动控制器1开关，通过控制器1对气缸2的参数进行设置，气缸2通过驱动杆24带动钢针28对软包电池进行加压穿刺，使得软包电池出现热失控，软包电池排出的气体在抽气扇25的作用下经过中和剂过滤系统23，进行一级过滤，将较大的颗粒和一些有毒有害气体进行过滤；

（3）一级过滤后的气体通过连接管一6进入吸入调节器7，进行二级过滤，对HF等一些有毒气体进行再次吸附，二级过滤后的气体经过连接管二6a进入气体收集袋10中，完成气体的过滤操作；

（4）根据中和剂过滤系统和吸入调节器所设定的过滤流量进行调节吸力调节阀一5和吸力调节阀二9控制气体传送的流量，使气体过滤效率达到最高，最终完成气体的过滤收集；

（5）将电池放置在支撑座二30上，启动加热炉16开关，加热炉16对电池加热，致使电池热失控，电池热失控产生的气体通过支撑座一27中间的透气孔27a进行上述的一级和二级过滤操作，最终完成气体的过滤收集。

有益效果：

1）中和剂过滤系统、箱体和加热炉之间为可拆卸装置，便于电池的安装和取出，提供的热失控环境条件充足，能稳定实现软包电池的热失控效果，达到实验目的。

2）收集装置得到的气体可经有效过滤，且气体流量可控制。

3）箱体内壁的泄爆片起防护作用，避免箱体内腔因压力过大导致爆炸。

4）便于操作，易于推广和使用。

附图说明

附图1是软包锂电池气体过滤收集装置的立体结构示意图；

附图2是软包锂电池气体过滤收集装置的箱体、中和剂过滤装置等的剖面图；

附图3是软包锂电池气体过滤收集装置的立体图；

附图4是软包锂电池气体过滤收集装置A的局部放大图；

附图5是软包锂电池气体过滤收集装置B的局部放大图；

附图6是软包锂电池气体过滤收集装置的主视图；

附图7是软包锂电池气体过滤收集装置第一支撑座的独立视图。

附图8为软包锂电池热失控气体过滤收集装置控制器的接线原理示意图。

附图9为软包锂电池热失控气体过滤收集装置中和剂过滤系统的内部材料示意图。

附图中1是控制器，2是气缸，3是第一支撑板，4是排气腔，5是吸力调节阀，6是第一连接管，6a是第二连接管，7是吸力调节器，7a是流量调节按钮，8是第二支撑板，9是流量调节阀，10是气体收集袋，11是底座，12是第一支撑杆，13是第一密封圈，14是第一螺栓，15是固定板，16是加热炉，17是加热炉开关，18是第二支撑杆，19是第二螺栓，20是折杆支撑架，21是箱体，22是第二密封圈，22a是第四螺栓，23是中和剂过滤装置，24是驱动杆，24a是限位圈，25是抽气扇，26是固定夹具，27是第一支撑座，27a是透气孔，28是钢针，29是第三螺栓，30是第二支撑座，31是泄爆片，32是颗粒过滤网。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如附图1-7所示，本发明结构包括底座11，底座11固定连接第二支撑杆18的底端，第二支撑杆18顶端环套折杆支撑架20，折杆支撑架20的另一端连接第一支撑板3，第一支撑板3上固定有气缸2，气缸2上设置有控制器1，可设置参数对气缸2进行控制，气缸2的驱动杆24穿过第一支撑板3和折杆支撑架20上的限位圈24a，便于限制驱动杆24的运动方向，驱动杆24穿过中和剂过滤装置23固定连接钢针28，中和剂过滤装置23与箱体21顶端契合环套对接，便于拆卸，外部环套有第二密封圈22，便于将中和剂过滤装置23与箱体21固定，箱体21底端与加热炉16契合环套对接，外部环套有第一密封圈13，便于将加热炉16与箱体21固定，加热炉16放置在底座11上，加热炉16底端设置有一组固定板15，每个固定板15分别螺纹连接第一螺栓14，便于将加热炉16进行固定，加热炉16侧壁设置有加热炉开关17，加热炉16内部固定有第二支撑座30，箱体21固定有第一支撑座27，中和剂过滤装置23上端连通排气腔4，排气腔4内部设置有抽气扇25，便于抽气，排气腔4通过第一连接管6与吸力调节器7连接，吸力调节器7通过第二连接管6a与气体收集袋10连通，吸力调节器7放置在第二支撑板8上，第二支撑板8固定连接第一支撑杆12顶端，第一支撑杆12底端固定在底座11上，气体收集袋10放置在底座11上。

第二支撑杆18与折杆支撑架20的环套处螺纹连接第二螺栓19，便于调节折杆支撑架20的高度，第一密封圈13和第二密封圈22的开口处分通过第四螺栓四22a连接，底座11和第一支撑座27上设置有一组螺纹凹孔，便于与对应的螺栓契合，用于相应机构的固定，第一支撑座27的中部设置有圆形透气孔27a。

吸力调节器7由活性炭管、硅胶管和含有氢氧化钠的洗涤瓶组成，通过线路与外部电源连接，吸力调节器7前部设置有一组流量调节按钮7a，可调节吸力的流量多少。

箱体21的材料为聚乙烯，质量为1.7KG,高度为0.8m，容量为120L，第一连接管6和第二连接管6a上分别设置有吸力调节阀5和流量调节阀9，便于对传输的气体进行调节，第一连接管6和第二连接管6a的材料为聚四氟乙烯管，长度为1-2m。

如附图9所示，所述中和剂过滤装置23由五个过滤级组成，由下往上分别是18dm³粗颗粒分离层、18dm³活性炭层、9cm³高锰酸钾层、9dm³活性氧化铝层、微粒过滤器层，中部通过颗粒过滤网格32隔离，过滤单元尺寸为30*30*60cm³。

所述钢针28直径为3.8mm。

如附图8所示，所述控制器1为表控TPC8-8TDLS型控制器，具有8路开关量输入和8路开关量输出的16路控制器，能够方便快速地实现气缸、液压缸的自动控制，数分钟即可完成简单的功能设置，输入端可以连接限位开关作为输入控制，通过简单的设置即可方便地实现开关控制、开关启动、停止、位置控制、定时控制及程序控制等功能。

所述箱体21的内壁设置有泄爆片31，避免箱体21内部压力过大从而导致爆炸。

其操作步骤为：打开抽气扇25和吸力调节器7的开关，设定吸力调节器7的流量参数，中和剂过滤装置23、箱体21和加热炉16之间为可拆卸装置，便于电池的安装和取出，将软包电池放置在第一支撑座27上，将固定夹具26压紧在软包电池的两端，将固定夹具26两端的第三螺栓29拧紧，完成软包电池的固定，将第一密封圈13和第二密封圈22的第四螺栓22a拧紧，使箱体21内部形成封闭状态，启动控制器1开关，设置气缸2参数，气缸2通过驱动杆24带动钢针28对软包电池进行加压穿刺，使得软包电池出现热失控，此时软包电池排出的气体在抽气扇25的作用下经过中和剂过滤装置23，进行一级过滤，一级过滤后的气体通过第一连接管6进入吸力调节器7，进行二级过滤，二级过滤后的气体经过第二连接管6a进入气体收集袋10中，同时通过调节吸力调节阀5和流量调节阀9控制气体的流量，最终完成气体的收集。为了引起电池的热失控，还设置了加热炉16，将电池放置在第二支撑座30上，启动加热炉16开关，加热炉16对电池加热，致使电池热失控，电池热失控产生的气体通过第一支撑座27中间的透气孔27a进行上述的一级和二级过滤操作，最终完成气体的收集，若热失控导致电池发生爆炸，箱体21内壁的泄爆片31便可起到防护作用，避免箱体21内腔压力过大导致爆炸。

Claims (10)

1.一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其特征是包括钢针驱动装置、加热装置、气体转移装置、气体收集装置、气体过滤装置、电池固定装置以及底座支撑结构，所述钢针驱动装置包括控制器（1）、气缸（2）、驱动杆（24）、钢针（28）；所述加热装置包括加热炉（16）和加热炉开关（17）；所述气体转移装置包括排气腔（4）、抽气扇（25）、吸力调节阀（5）；所述气体过滤装置包括中和剂过滤装置（23）和吸力调节器（7）；所述气体收集装置包括流量调节阀（9）和气体收集袋（10）；所述中和剂过滤装置由五个过滤级组成，每层级间通过颗粒过滤网（32）隔开；所述电池固定装置包括箱体（21）、固定夹具（26）、泄爆片（31）；底座支撑结构包括底座（11）、第一支撑杆（12）、第二支撑板（8）、第二支撑杆（18）、折杆支撑架（20）、第一支撑板（3）、第一支撑座（27）、第二支撑座（30）；其中，电池固定装置中所述第二支撑杆（18）固定在底座上，折杆支撑杆（20）一端通过螺栓连接在第二支撑杆（18）顶端，另一端连接第一支撑板（3），第一支撑杆（12）底端固定在所述底座（11）上，第二支撑板（8）固定连接第一支撑杆顶端；所述加热装置、电池固定装置、中和剂过滤装置依次环套，用密封圈固定，中和剂过滤装置、气体转移装置、气体收集装置通过连接管和调节阀连通，钢针驱动装置穿过中和过滤系统固连钢针，所述钢针驱动装置中的气缸（2）固定在第一支撑板（3）上，气缸驱动杆（24）穿过折杆支撑架（20）和第一支撑板（3）上的限位孔（24a），加热炉（16）固连在底座（11）上，加热炉（16）内部固定有第二支撑座（30），所述气体转移装置中的吸力调节器（7）安装在第二支撑板（18）上，所述气体收集装置中的气体收集袋（10）置于底座（11）上，第一支撑座（27）固定在箱体（21）内部，所述电池固定装置中的固定夹具（26）固定在第一支撑座（27）上，所述中和剂过滤装置（23）上端连通气体转移装置中的排气腔（4），所述排气腔（4）内部设置有抽气扇（25），排气腔（4）通过第一连接管（6）与吸入调节器（7）连接，所述吸入调节器（7）通过第二连接管（6a）与气体收集袋（10）连通；所述箱体（21）的内壁设置有泄爆片（31），所述泄爆片（31）为低负压拱形泄爆片。

2.根据权利要求1所述的一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其特征是：所述中和剂过滤装置（23）与箱体（21）顶端契合环套对接，外部环套有第二密封圈（22），所述箱体（21）底端与加热炉（16）契合环套对接，外部环套有第一密封圈（13）。

3.根据权利要求2所述的一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其特征是：所述第二支撑杆（18）与折杆支撑架（20）的环套处螺纹连接有第二螺栓（19），所述第一密封圈（13）和第二密封圈（22）的开口处分通过第四螺栓（22a）连接，所述底座（11）和所述第一支撑座（27）上设置有一组螺纹凹孔，第一支撑座（27）中间设有圆形透气孔（27a）。

4.根据权利要求1所述的一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其特征是：所述加热炉（16）放置在所述底座（11）上，所述加热炉（16）底端设置有一组固定板（15），每个所述固定板（15）分别螺纹连接第一螺栓（14），所述加热炉侧壁设置有加热炉开关（17），所述加热炉（16）内部固定有第二支撑座（30），所述箱体（21）内部固定有第一支撑座（27）。

5.根据权利要求1所述的一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其特征是：所述钢针驱动装置的第一支撑板（3）上固定气缸（2），气缸（2）上设置有控制器（1），气缸（2）的驱动杆（24）穿过第一支撑板（3）和折杆支撑架（20）上的限位圈（24a），驱动杆（24）穿过中和剂过滤装置（23）固定连接钢针（28）。

6.根据权利要求1所述的一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其特征是：所述吸力调节器（7）包括活性炭管、硅胶管和含有氢氧化钠的洗涤瓶，通过线路与外部电源连接，所述吸入调节器（7）前部设置有一组流量调节按钮（7a）。

7.根据权利要求1所述的一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其特征是：所述电池固定装置的箱体（21）为聚乙烯或钢化玻璃，质量为1.7KG，高度为0.8m，容量为120L，第一连接管（6）和第二连接管（6a）上分别设置有吸力调节阀（5）和流量调节阀（9），第一连接管（6）和第二连接管（6a）为聚四氟乙烯管，长度为1-2m。

8.根据权利要求1所述的一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其特征是：所述中和剂过滤装置（23）由五个过滤级组成，由下往上分别是18dm³粗颗粒分离层、18dm³活性炭层、9cm³高锰酸钾层、9dm³活性氧化铝层、微粒过滤器层，中部通过颗粒过滤网格（32）隔离，过滤单元尺寸为30*30*60cm³。

9.根据权利要求1所述的一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置，其特征是：所述钢针驱动系统的钢针（28）直径为3.8mm，控制器为表控TPC8-8TDLS型控制器。

10.操作如权利要求1所述的一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置的方法，其特征是包括以下步骤：

（1）打开抽气扇（25）和吸入调节器（7）的开关，通过吸入调节器（7）上的控制器设定吸入调节器（7）的流量参数，将软包电池放置在第一支撑座（27）上，将固定夹具（26）压紧在软包电池的两端，将固定夹具（26）两端的第三螺栓（29）拧紧，完成软包电池的固定，将第一密封圈（13）和第二密封圈（22）的第四螺栓（22a）拧紧，使箱体（21）内部形成封闭状态；

（2）启动控制器（1）开关，通过控制器（1）对气缸（2）的参数进行设置，气缸（2）通过驱动杆（24）带动钢针（28）对软包电池进行加压穿刺，使得软包电池出现热失控，软包电池排出的气体在抽气扇（25）的作用下经过中和剂过滤系统（23），进行一级过滤，将较大的颗粒和一些有毒有害气体进行过滤；

（3）一级过滤后的气体通过第一连接管（6）进入吸入调节器（7），进行二级过滤，对HF等一些有毒气体进行再次吸附，二级过滤后的气体经过第二连接管进入气体收集袋（10）中，完成气体的过滤操作；

（4）根据中和剂过滤系统和吸入调节器所设定的过滤流量进行调节吸力调节阀（5）和流量调节阀（9）控制气体传送的流量，使气体过滤效率达到最高，最终完成气体的过滤收集；

（5）将电池放置在第二支撑座（30）上，启动加热炉（16）开关，加热炉（16）对电池加热，致使电池热失控，电池热失控产生的气体通过第一支撑座（27）中间的透气孔（27a）进行上述的一级和二级过滤操作，最终完成气体的过滤收集。