测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的设备的制作方法

1.本实用新型涉及一种测试热防护材料的热防护性能的设备，具体地，涉及一种测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的设备。


背景技术：

2.如今，采用锂电池供能的新能源汽车的市场占有率越来越高，但是相关的锂电池热失控事件也随之增多。具体来说，用于新能源汽车的锂电池通常包括电芯以及电池壳体，电芯内部包含活性材料和集流体组成的混合颗粒物，并且电芯上设置有泄压阀，泄压阀到电池壳体的内表面有一定距离。取决于电芯内颗粒物的具体组成成分，在发生热事件的情况下，电芯内的颗粒物将在某个特定温度下以一定速度喷射冲出泄压阀而冲击到电池壳体的内表面。为了防止热事件中电芯内的颗粒物穿透电池壳体泄漏到外部环境中，已知在电池壳体内表面设置热防护材料，例如以板材、涂层、防火棉等形式，该热防护材料可以防止电池壳体在热事件中被电芯内的颗粒物冲击穿透而导致的泄漏问题。
3.针对不同的锂电池，需要为电池壳体提供不同的热防护材料，而在确定所使用的热防护材料时，需要对其热防护性能进行测试。在现有技术中，采取的是直接对设置有热防护材料的实际锂电池进行测试，并以热事件中电池壳体是否出现穿孔作为判断热防护材料的热防护性能的标准。然而，这种常规的测试手段难以控制热事件中火焰的大小和方向以及颗粒物的喷射方式等变量，并且由于针对每一种锂电池需要采用实际电池进行测试，造成成本高昂、污染极大的问题。
4.为此，需要一种新的测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的设备，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有的测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的过程中存在的上述问题，本实用新型提出一种新的测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的设备。利用本实用新型提出的方案，实现了可替换性强、节省成本以及环境友好的优点。
6.根据本实用新型的设备可以被放置在一个平台上，并且该设备包括：样品夹具，其用于夹持截取自电池壳体的样品；火焰喷射装置，其被布置为朝向样品的设置有热防护材料的表面喷射火焰，并且能调节所喷射的火焰温度；颗粒物喷射装置，其被布置为与火焰喷射装置之间具有夹角，使得从颗粒物喷射装置喷射的锂电池电芯内的颗粒物材料以设定的速度和角度穿过火焰喷射装置喷射的火焰后冲击到样品的设置有热防护材料的表面上，其中火焰喷射装置和颗粒物喷射装置到样品的距离可调整，并且火焰喷射装置与颗粒物喷射装置之间的夹角可调整。
7.从电池壳体截取的样品可以根据实际电池壳体的形式而具有不同的形状及尺寸。例如，可以截取100*100mm到200*200mm的样品。
8.火焰喷射装置和颗粒物喷射装置到样品的距离分别由第一距离调节装置和第二
距离调节装置进行调节。优选地，二者到样品的距离相等，并且在3mm-60mm的范围内，该距离的具体值取决于实际锂电池中电芯泄压阀到电池壳体的距离。可选地，第一距离调节装置和第二距离调节装置是自带距离标尺的丝杆导轨。
9.火焰喷射装置与颗粒物喷射装置之间的夹角在10
°
至60
°
的范围内，并且所述夹角借助于用于调节火焰喷射装置的安装角度的第一角度调节装置以及用于调节颗粒物喷射装置的安装角度的第二角度调节装置进行调节。第一角度调节装置和第二角度调节装置例如为固定式角位器。所述夹角取决于实际热事件中电芯内颗粒物朝向电池壳体冲击的角度而设定。
10.可选地，火焰喷射装置和颗粒物喷射装置被布置为关于在样品的形心处垂直穿过样品的表面的轴线对称布置。
11.火焰喷射装置具有火焰喷嘴，并且可以调节从火焰喷嘴喷射的火焰温度，取决于实际热事件的温度，火焰温度在800至1500℃的范围内可调节。
12.可选地，火焰喷射装置的火焰喷嘴是可更换的，并且取决于锂电池电芯泄压阀的具体设计形式，可更换具有不同出口形式的火焰喷嘴，如圆形、椭圆形等出口形式。
13.可选地，颗粒物喷射装置具有颗粒物喷嘴，并且颗粒物喷射装置可以调节从颗粒物喷嘴喷射的颗粒物的速度，以对应于实际热事件中电芯内颗粒物冲出泄压阀时的速度。
14.可选地，根据本实用新型的设备还包括布置为感测火焰喷射装置喷射的火焰的温度的第一温度传感器以及布置为感测样品的温度的第二温度传感器，由此可评估火焰温度和样品表面的温度是否准确地模拟了实际热事件中的对应温度。
15.可选地，根据本实用新型的设备还包括颗粒物收集装置，其可以被放置在平台上在火焰喷射装置与颗粒物喷射装置之间，并用于收集从颗粒物喷射装置喷射出并冲击样品后所得的颗粒物，由此避免测试过程对环境造成污染。
16.在利用本实用新型的设备测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能时，针对要测试的电池壳体样品在以下参数保持不变的条件下进行多次测试：火焰喷射装置的火焰喷嘴的形式、颗粒物的组成成分和颗粒物喷射的速度、火焰喷射装置喷射的火焰温度、火焰喷射装置和颗粒物喷射装置到样品的具有热防护材料的表面的距离以及火焰喷射装置与颗粒物喷射装置之间的夹角。
17.可选地，针对某种特定的电池壳体热防护材料，进行3-5次测试。每次测试后观察样品中是否出现穿孔，由此判断电池壳体热防护材料的热防护性能是否达标。
18.本实用新型可以体现为附图中的示意性实施例。然而，应注意的是，附图仅仅是示意性的，任何在本实用新型的教导下所设想到的变化都应被视为包括在本实用新型的范围内，并且本实用新型的范围仅仅通过所附权利要求来限定。
附图说明
19.图1示出根据本实用新型的放置在平台上的测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的设备的示意正视图；以及
20.图2示出根据本实用新型的相对于样品表面的火焰燃烧范围和颗粒物喷射范围的示意平面图。
21.附图标记说明
22.100
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设备
23.10
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火焰喷射装置
24.11
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第一距离调节装置
25.12
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第一角度调节装置
26.13
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火焰喷嘴
27.20
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颗粒物喷射装置
28.21
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第二距离调节装置
29.22
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第二角度调节装置
30.23
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颗粒物喷嘴
31.30
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样品夹具
32.31
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调节基座
33.32
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夹持装置
34.40
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样品
35.50
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平台
具体实施方式
36.下面将参照附图详细描述根据本实用新型的测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的设备的优选实施例。
37.图1示出根据本实用新型的放置在平台上的测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的设备的示意正视图，该设备100被布置在平台50上，用于对锂电池壳体热防护材料的热防护性能进行测试。参见图1，该设备10主要包括：样品夹具30、火焰喷射装置10和颗粒物喷射装置20。
38.样品夹具30包括调节基座31和附接到该调节基座31的夹持装置32。调节基座31被布置在平台50上，并且可用于调节夹持装置32到平台50的距离。夹持装置32用于夹持待测试的电池壳体的样品40，使样品40的具有热防护材料的表面朝向平台50定位。调节基座31和夹持装置32的具体结构并没有特殊限制，只要可以实现调节样品40到平台50的距离并夹持样品40即可。在图1所示的实施例中，样品40以平行于平台50的方式被夹持。并且，样品40表面可以布置有样品温度传感器(图中未示出)，用于感测样品40表面的温度。
39.样品40取自待测试的具有热防护材料的电池壳体的一部分，取决于实际要测试的电池壳体的具体形式，样品40可以具有不同的形状及尺寸。例如，可以截取100*100mm到200*200mm的样品，但本实用新型并不限于此。
40.如图1所示，设备100包括火焰喷射装置10，其包括用于朝向样品40的具有热防护材料的表面喷射火焰的火焰喷嘴13。火焰喷嘴13是可更换的，对应于锂电池电芯泄压阀的具体设计形式，可更换具有不同出口形式的火焰喷嘴13，如圆形、椭圆形等出口形式。并且，火焰喷射装置10可以调节从火焰喷嘴13喷射的火焰温度，具体来说，火焰温度在800至1500℃的范围内可调节。
41.针对不同的锂电池，电芯中包含不同的活性材料和集流体组成的混合颗粒物。也就是说，不同的锂电池电芯中的颗粒物可能具有不同的粒径、硬度等性质。因此，在热事件中，电芯中的颗粒物取决于颗粒物的性质而在某个设定温度下喷射冲出电芯上的泄压阀而
冲击到电池壳体的内表面。因此，利用火焰温度可调节的火焰喷射装置10可以准确模拟特定锂电池在热事件中出现电芯内的颗粒物喷射冲出电芯上的泄压阀时的温度。
42.由于火焰喷射装置10喷射的火焰温度可以在一定范围内调节，为了观察火焰的实际温度，设备100可包括火焰温度传感器(图中未示出)，其是常规的温度传感器，并且其可以被附接到火焰喷射装置10或是以单独部件的形式安装。
43.在平台50上布置有第一距离调节装置11，其用于调节火焰喷射装置10到样品40的距离，并且另外还布置有第一角度调节装置12，其用于调节火焰喷射装置10的安装角度。第一距离调节装置11和第一角度调节装置12可以采用常见的距离调节装置和角度调节装置，例如分别采用丝杆导轨和固定式角位器，本实用新型不限于此。第一角度调节装置12可以被附接到第一距离调节装置11并且火焰喷射装置10可以被附接到第一角度调节装置12，但是并不仅限于这种布置方式。
44.依然参见图1，本实用新型的设备100还包括颗粒物喷射装置20，其包括颗粒物喷嘴23。与要测试的壳体热防护材料样品40对应的锂电池电芯中的颗粒物可以通过该颗粒物喷射装置20的颗粒物喷嘴23朝向样品40的具有热防护材料的表面喷射。
45.颗粒物喷射装置20可以调节喷射颗粒物的速度，例如在10m/s到30m/s的范围内。具体的喷射速度取决于实际热事件中电芯内颗粒物冲出泄压阀时的速度。另外，颗粒物喷射装置20被布置为与火焰喷射装置10之间具有夹角，使得从颗粒物喷射装置20喷射的颗粒物材料穿过火焰喷射装置10喷射的火焰后冲击到样品40的设置有热防护材料的表面上。通过将颗粒物喷射装置20与火焰喷射装置10布置为具有夹角并使颗粒物通过火焰加热到设定温度后冲击到样品40的表面，可以准确地模拟电芯内的颗粒物在实际热事件中在设定温度下以设定速度穿过电芯泄压阀冲击到电池壳体的具有热防护材料的内表面的情况。
46.与第一距离调节装置11和第一角度调节装置12相对应，设备100还包括第二距离调节装置21和第二角度调节装置22，其分别用于调节颗粒物喷射装置20到样品40的距离以及颗粒物喷射装置20的安装角度。第二距离调节装置21和第二角度调节装置22可以采用常见的距离调节装置和角度调节装置，例如分别采用丝杆导轨和固定式角位器，本实用新型不限于此。第二角度调节装置22可以被附接到第二距离调节装置21并且颗粒物喷射装置20可以被附接到第二角度调节装置22，但是并不仅限于这种布置方式。
47.应注意，第一距离调节装置11和第二距离调节装置12在平台50上的位置也是可调整的，因此可以针对样品的放置位置适应性调整火焰喷射装置10和颗粒物喷射装置20的位置。
48.通过第一距离调节装置11、第二距离调节装置21、第一角度调节装置12以及第二角度调节装置22的协作调节，火焰喷射装置10和颗粒物喷射装置20可以被布置为到样品40的距离相等，并且二者关于在样品40的形心处垂直穿过样品40的表面的轴线对称布置。具体来说，通过这些距离调节装置和角度调节装置，火焰喷射装置10和颗粒物喷射装置20可以与样品40具有3mm-60mm的距离，并且火焰喷射装置10与颗粒物喷射装置20之间可以具有10
°
至60
°
的夹角。上述距离和夹角是针对实际锂电池中电芯泄压阀到电池壳体的距离以及热事件中电芯内颗粒物朝向电池壳体冲击的实际角度而确定的。
49.尽管图1中没有示出，设备100还可以包括颗粒物收集装置，该装置例如可以被放置在平台50上在火焰喷射装置10与颗粒物喷射装置20之间，使得从颗粒物喷射装置20喷射
的颗粒物最终落入颗粒物收集装置中，由此可避免测试过程对环境造成污染。
50.图2示出根据本实用新型的火焰喷射装置10喷射出的火焰占据的火焰燃烧范围101和颗粒物喷射装置20喷射的颗粒所占据的颗粒物喷射范围201相对于样品表面401的位置的平面示意图。图2中示出火焰燃烧范围101和颗粒物喷射范围201为椭圆形，其分别是由火焰喷嘴13和颗粒物喷嘴23的形式决定的。从图2可以看出，在样品表面401处，火焰燃烧范围101与颗粒物喷射范围201交叉，并且样品表面401置于该交叉的范围内，由此可确保冲击到样品40的具有热防护材料的样品表面401的颗粒物均已被火焰喷射装置10喷射出的火焰加热到设定温度，因此可以准确地模拟实际热事件中经受高温的电芯颗粒物朝向电池壳体的热防护材料的冲击。
51.利用本实用新型的设备100，测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的具体过程如下：
52.(1)针对要测试的特定锂电池的壳体热防护材料，截取100*100mm到200*200mm大小的样品40，使用样品夹具30的夹持装置32夹持样品40，使该样品40的具有热防护材料的表面朝向平面50被夹持；
53.(2)取决于要测试的特定锂电池电芯泄压阀的具体形式，更换火焰喷射装置10的具有对应形式的火焰喷嘴13；
54.(3)取决于电芯内颗粒物的组成成分，调节从火焰喷嘴13喷射的火焰温度，以及确定要从颗粒物喷射装置20喷射的颗粒物的组成成分和颗粒物喷射的速度；
55.(4)取决于要测试的特定锂电池电芯泄压阀与电池壳体的具体布置和距离，利用第一距离调节装置11和第二距离调节装置21分别调节火焰喷射装置10和颗粒物喷射装置20到样品40的具有热防护材料的表面的距离，并且利用第一角度调节装置12和第二角度调节装置22分别调节火焰喷射装置10和颗粒物喷射装置20的安装角度，由此使火焰喷射装置10与颗粒物喷射装置20之间形成设定的夹角并使二者关于在样品40的形心处垂直穿过样品40的表面的轴线对称布置；
56.(5)使颗粒物喷射装置20以设定速度喷射颗粒物，该颗粒物经过设定温度的火焰被加热后冲击到样品40的具有热防护材料的表面；
57.(6)在完成颗粒物冲击样品40的过程后观察测试结果，即观察样品40中是否出现穿孔，样品40被颗粒物冲击产生穿孔是样品40的热防护性能不达标的指标；
58.(7)使用同样规格的样品重复进行多次测试，每次测试在同样的条件下进行，即以下参数保持不变：火焰喷射装置10的火焰喷嘴13的形式、颗粒物的组成成分和颗粒物喷射的速度、火焰喷射装置10喷射的火焰温度、火焰喷射装置10和颗粒物喷射装置20到样品40的具有热防护材料的表面的距离以及火焰喷射装置10与颗粒物喷射装置20之间的夹角，通过多次测试的结果的平均值判断样品40的热防护性能。
59.综上所述，利用本实用新型的测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的设备，通过针对特定锂电池调节火焰喷射装置的火焰喷嘴的形式、颗粒物的组成成分和颗粒物喷射的速度、火焰喷射装置喷射的火焰温度、火焰喷射装置和颗粒物喷射装置到样品的具有热防护材料的表面的距离以及火焰喷射装置与颗粒物喷射装置之间的夹角等参数，可以仅使用一个设备实现对各种不同规格的锂电池壳体热防护材料的热防护性能进行测试，即可替换性强，由此可降低成本，并且避免了直接对实际锂电池进行测试造成的污染环境等问
题。
60.以上借助于附图详细描述了根据本实用新型的测试锂电池壳体热防护材料的热防护性能的设备的可行但非限制性的实施方式。对于本领域普通技术人员来说，在不偏离如下面的权利要求所阐述的本公开的范围和实质的情况下，对技术和结构的修改和补充以及对各实施例中的特征的重新组合显然都应视为包括在本实用新型的范围内。因此，在本实用新型的教导下所能够设想到的这些修改和补充都应被视为本公开的一部分。本公开的范围通过以下所附的权利要求限定，并且包括在本公开的申请日时已知的等效技术和尚未预见的等效技术。