锂离子电池热失控非均相喷发物质的燃爆特性检测装置的制作方法

1.本发明属于锂离子电池检测领域，具体涉及一种锂离子电池热失控非均相喷发物质的燃爆特性检测装置。


背景技术：

2.锂离子电池在使用过程中，由于受到热冲击、过充过放、内外部短路和机械破坏等因素影响，可能诱发电池发生热失控。热失控过程中，电池内部材料持续发生分解反应，产生大量气体，当电池内部压力达到安全阀设定阈值时发生喷阀，喷发大量氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体以及电解液蒸气、石墨微尘等多组分、非均相可燃性混合物。这些物质在静电、高温等条件刺激下发生燃爆是造成锂电池燃烧爆炸事故的主要原因。
3.锂电池热失控喷射物质的火灾危险性是当前锂电池相关企业和高校的重点研究课题。但现有爆炸极限测试仪、粉尘爆炸测试仪等常规燃爆检测装置在功能方面存在限制，仅能够支持单一气相或粉体样品的测试，无法全面分析电池真实喷阀情况下多相态物质的爆炸特性。


技术实现要素：

4.为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池热失控非均相喷发物质的燃爆特性检测装置技术方案。
5.本发明以球形或柱形金属容器作为爆炸容器，同时集成气体、液体和固体三种进样系统，通过合理的进样流程设计，能够使电池热失控产气、电解液蒸气和负极材料粉体在爆炸容器内均匀分散，随后利用可调能量的高压电点火等方式点燃混合物，记录爆炸过程中仓内温度、压力变化。
6.锂离子电池热失控非均相喷发物质的燃爆特性检测装置，包括爆炸容器，所述爆炸容器上配合设置传感器组件、点火器、液体进样口、气体进样口和固体进样口，所述传感器组件用以检测爆炸容器内的气压和温度，所述点火器用以点燃爆炸容器内的介质，所述液体进样口用以朝爆炸容器内传输液体介质，所述气体进样口用以朝爆炸容器内传输气体介质，所述固体进样口用以朝爆炸容器内传输固体介质。
7.进一步地，所述爆炸容器上配合设置爆破阀和/或安全阀。
8.进一步地，所述爆炸容器上设置搅拌机构。
9.进一步地，所述爆炸容器上设置观察窗；所述爆炸容器上设置排气口，所述排气口上设置阀门。
10.进一步地，所述传感器组件包括爆炸压力传感器、配气压力传感器、温度传感器其中至少一者。
11.进一步地，所述爆炸容器为球形结构或柱形结构，爆炸容器内部容积包括但不限于4l、5l、12l或20l。
12.进一步地，所述液体进样口和气体进样口上均设置阀门。
13.进一步地，所述固体进样口上设置分散喷嘴，所述分散喷嘴配合连接进粉组件。
14.进一步地，所述进粉组件包括储粉室、储气室和稳压气源，所述分散喷嘴、储粉室、储气室和稳压气源依次通过管路连接。
15.进一步地，所述分散喷嘴与储粉室之间的管路上设置气粉阀，所述储粉室与储气室之间的管路上设置第一电磁阀，所述储气室与稳压气源之间的管路上设置第二电磁阀。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）本发明设置了爆炸容器、传感器组件、点火器、液体进样口、气体进样口、固体进样口等结构，利用本发明可测定非均相锂电池喷阀产物的爆炸特性，测定爆炸极限、极限氧浓度、最大爆炸压力、爆炸指数、最小点火能等参数，拓展了常规燃爆检测装置的功能；2）本发明的测试工况更接近真实情况，测定得到的数据更加准确。
附图说明
17.图1为本发明结构示意图；图2为本发明测试过程爆炸容器压力变化曲线示意图。
具体实施方式
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、
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另一端”、
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外侧”、
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上”、
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内侧”、
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水平”、
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同轴”、
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中央”、
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端部”、
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长度”、
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外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.下面结合附图对本发明作进一步说明。
20.请参阅图1，锂离子电池热失控非均相喷发物质的燃爆特性检测装置，包括爆炸容器1，爆炸容器1上配合设置传感器组件、点火器2、液体进样口3、气体进样口4和固体进样口5，传感器组件用以检测爆炸容器1内的气压和温度，点火器2用以点燃爆炸容器1内的介质，其可采用可调点火能量的高压电点火、熔丝点火、化学点火等类型，液体进样口3用以朝爆炸容器1内传输液体介质，气体进样口4用以朝爆炸容器1内传输气体介质，气体进样口4可以有多个，以便输入不同的气体，固体进样口5用以朝爆炸容器1内传输固体介质。
21.其中，点火器2与爆炸容器1顶部连接，主体伸入爆炸容器1内部，液体进样口3和气体进样口4同样位于爆炸容器1顶部，固体进样口5位于爆炸容器1右侧。此外，上述部件也可以设置于其他位置。
22.其中，液体进样口3仅为进样口结构，并不限制于仅供液体输入，也可以通入气体和固体，气体进样口4和固体进样口5同理。
23.在上述技术方案中，通过液体进样口3、气体进样口4和固体进样口5三个进样口分别输入液体、气体和固体，其中固体为固体粉末，通过点火器2点燃爆炸容器1中的介质，通过传感器组件检测爆炸产生的气压和温度，以此实现燃爆特性检测。
24.继续参阅图1，本发明中的爆炸容器1设计为球形结构，此外也可以采用柱形结构，爆炸容器1内部容积包括但不限于4l、5l、12l或20l。
25.继续参阅图1，传感器组件包括爆炸压力传感器10、配气压力传感器11和温度传感
器12，其中，爆炸压力传感器10采样频率较高，用于检测爆炸时的极限气压值，配气压力传感器11采样频率相对较低，用于检测爆炸前后的稳定气压值，温度传感器12用于检测爆炸容器内部温度。此外，传感器组件中的各传感器也可以配置多路。
26.其中，爆炸压力传感器10和配气压力传感器11位于爆炸容器1上部左侧，温度传感器12位于爆炸容器1顶部。此外，上述部件也可以设置于其他位置。上述部件也可以设置于其他位置。
27.进一步参阅图1，爆炸容器1上配合设置爆破阀6、搅拌机构7、观察窗8和爆炸容器1上设置排气口9。爆破阀6用于防止爆炸容器1因气压过大发生爆破，爆破阀6也可替换为安全阀。搅拌机构7优选为磁力搅拌器，用以对介质进行搅拌。观察窗8便于工作人员对爆炸容器1的工作情况进行观察。排气口9用于排出爆炸后的气体。液体进样口3、气体进样口4及排气口9上均设置阀门。在点火前需要将这些阀门关上。液体进样口3不只设置阀门，主要是通过进样口的橡胶塞进行密封，用针筒穿过橡胶塞进行进样，这个过程不会发生漏气的情况。
28.其中，爆破阀6位于爆炸容器1上部右侧，搅拌机构7位于爆炸容器1底部，观察窗8位于爆炸容器1左侧，排气口9位于爆炸容器1下部左侧。上述部件也可以设置于其他位置。
29.此外，固体进样口5上设置分散喷嘴17，分散喷嘴17配合连接进粉组件，进粉组件包括储粉室18、储气室13和稳压气源14，分散喷嘴17、储粉室18、储气室13和稳压气源14依次通过管路连接，分散喷嘴17与储粉室18之间的管路上设置气粉阀15，储粉室18与储气室13之间的管路上设置第一电磁阀19，储气室13与稳压气源14之间的管路上设置第二电磁阀16。
30.进粉组件的工作说明：粉体置于储粉室18内；稳压气源14向储气室13加压到一定压力，随后储气室13前端的第一电磁阀19打开，利用压缩气体将粉体喷入爆炸容器1内。
31.其中，气粉阀15是一类特殊的阀门，不容易被粉尘堵塞，气粉阀15可以替换为手动的球阀。
32.其中，分散喷嘴17起到分散粉体的作用。
33.本发明以球形或柱形金属容器作为爆炸容器1，同时集成气体、液体和固体三种进样系统，通过合理的进样流程设计，能够使电池热失控产气、电解液蒸气和负极材料粉体在爆炸容器1内均匀分散，随后利用可调能量的高压电点火等方式点燃混合物，记录爆炸过程中仓内温度、压力变化。
34.使用时，通过液体进样口3、气体进样口4和固体进样口5三个进样口分别进液体、气体和固体，进料完毕关闭相应阀门，然后通过搅拌机构7对爆炸容器1内的介质进行搅拌，接着通过点火器2点燃爆炸容器1中的介质，爆炸后打开排气口9的阀门排出气体。在进样过程中，通过配气压力传感器11监测爆炸容器内压力变化，在爆炸过程中通过爆炸压力传感器10检测爆炸过程瞬时压力变化，通过温度传感器12检测进样与爆炸过程的温度。
35.本发明的典型应用场景：利用人工配制的电池产气、电解液蒸气与负极石墨粉体混合物进行燃爆特性测试，流程如下：第一步：通过软件设置配气浓度和实验温度；第二步：将爆炸容器抽空清洗3次；第三步：仪器进行控温；第四步：用微量进样器将一定量的电解液注入爆炸容器内；
第五步：温度稳定在目标温度以后，仪器自动或手动通入一定量的人工配制的电池产气；第六步：温度稳定后，仪器自动或手动喷入一定量的石墨粉体；第七步：温度稳定后，仪器自动或手动通入空气至1bara；第八步：搅拌5min，并完成二次控温；第九步：点火并录像，判定样品是否被点燃；最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。