一种储能电池热失控特性的一体化测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种储能电池热失控特性的一体化测试装置，包括集控装置、试验舱、位于试验舱内部的绝热舱、气体检测单元，气体检测单元位于绝热舱外部、试验舱内部，绝热舱内设有加热单元和温度检测单元，加热单元、温度检测单元、气体检测单元均与集控装置相连；所述加热单元包括环境加热装置和电池加热装置，温度检测单元包括环境温度检测装置和电池温度检测装置；绝热舱的舱体上设有气体通道。本实用新型专利技术的一体化测试装置采用绝热设计，结合高效便捷的测试方法，实现储能电池热失控特性的高精度一体化测试和分析，掌握储能电池热失控关键特性，为储能电站热失控风险预警提供数据支撑，提升储能电站安全温度运行水平。

【技术实现步骤摘要】
一种储能电池热失控特性的一体化测试装置
本技术涉及电化学储能领域的测试装置，特别是涉及一种储能电池热失控特性的一体化测试装置。
技术介绍
随着能源问题日益突出，电化学储能电站应用日益广泛。锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、高比容量、长循环寿命及对环境友好等优点而受到广泛关注，应用锂离子电池配套的储能系统已经成为电网储能的主流选择。锂离子电池本身存在不可忽视的安全性问题，主要由其本征的发热特性而引起。导致储能电池热失控有很多因素，电池一致性差异、循化后期老化劣化严重、内阻增大、内部微短路、过充等都会导致电池在运行过程中产热加剧，这与电池的本征结构和电池材料(正负极材料、隔膜和电解液等)特性密切相关，另外电池的运行管理方式(充放电功率、倍率等)也会导致产热变化。当产热由于某些因素发生变化导致热平衡破坏，到热积累达到热失控的过程中有一个量变到质变的过程，如何确定这个质变的临界条件以及影响这个过程关键因素至关重要。当前，锂离子电池热失控特性检测大多是搭建敞开式热行为分析平台，在非绝热环境下利用热电偶、红外摄像、视频监控对电池热失控过程中的温升和影像进行监测和记录；但由于敞开式平台与外界环境存在热交换，所监测外壳温度与电芯内部实际温度存在较大差值，无法准确监测电池自身产热量。同时，系统与外界环境空气对流，导致热失控过程中的特征气体部分流失，无法准确地定性定量监测特征气体。此外，目前市场上的绝热加速量热仪可以在绝热条件下，监测电池热失控过程热学参数变化，但因监测仪器无法耐受舱内高温，故无法实现绝热环境下实时感知到热失控初期微量特征气体，严重影响锂离子电池热失控特性分析以及基于此开发的电池热失控预警系统设计。
技术实现思路
技术目的：本技术的目的之一是提供一种储能电池热失控特性的一体化测试装置，为实现储能电池热失控特性的高精度一体化测试和分析，掌握储能电池热失控关键特性，为储能电站热失控风险预警提供数据支撑，提升储能电站安全温度运行水平。技术方案：本技术的储能电池热失控特性的一体化测试装置包括集控装置、试验舱、位于试验舱内部的绝热舱、气体检测单元，气体检测单元位于绝热舱外部、试验舱内部，绝热舱内设有加热单元和温度检测单元，加热单元、温度检测单元、气体检测单元均与集控装置相连；所述加热单元包括环境加热装置和电池加热装置，温度检测单元包括环境温度检测装置和电池温度检测装置；绝热舱的舱体上设有气体通道。集控装置设置所需达到的平衡状态，环境温度检测装置用于检测绝热舱内部环境温度，电池温度检测装置用于检测待测电池的温度；环境温度检测装置和电池温度检测装置可以采用热电偶或现有技术中常用的其他温度检测装置；当T环境与T电池之间的差值在设置的ΔT之内，集控装置控制加热单元停止加热；当T环境与T电池之间的差值大于ΔT后，集控装置控制加热单元开始加热。气体通道可以设置在绝热舱的顶部位置，便于气体扩散至试验舱。气体检测单元的设置可以对待测电池在热失控过程中的极早期微量特征气体成分和含量进行精确测定；且气体检测单元和集控装置相连。进一步地，所述绝热舱的舱体上设有观测窗，观测窗外侧设有视频监控装置，视频监控装置与集控装置相连，视频监控装置通过观测窗记录电池变化，并将记录下的电池变化视频传输至集控装置，便于用户分析电池的鼓胀、变形等。视频监控装置可采用可见光视频监控器和红外视频监控器，设置在观测窗外部、试验舱内部，即可实时监控电池变化，观测窗可采用石英玻璃。优选地，所述气体检测单元包括若干气体探测器串组；每个气体探测器串组包括多个气体探测器和滑轨，滑轨沿试验舱内壁横向、纵向分布，气体探测器固定于滑轨上。气体探测器可以灵敏地探测到电池的产气，使用时，根据测试需要将气体探测器可在滑轨上滑动，确定好位置后在滑轨上进行固定，形成纵向和横向气体探测器串组，对电池样品热失控过程中的特定产气成分和含量感知。气体探测器横向和纵向布置可实现特征气体纵向传播和横向传播速度的测量，指导预警系统中探测器位置安装。优选地，所述测试装置还包括位于试验舱外部的气体分析装置，气体分析装置与试验舱之间采用管道连接；气体分析装置包括气体净化器、集气筒、气体分析仪，管道上设有阀门，试验舱内的气体经连接的管道由试验舱依次通过气体净化器、集气筒后进入气体分析仪。气体分析仪可以对气体的成分和含量进行测定，如气相色谱仪；因此当待测电池释放出气体时，气体经绝热舱的气体通道进入试验舱内部时，后进入连接管道，最后被气体分析仪检测分析；因此可以实时获取电池在热失控过程中的成分和含量，避免了气体的二次污染，提高了检测效率和检测精度。热失控过程中会冒出大量白烟，里面包含大量的电解液蒸汽、烟尘颗粒和CO、CO2、CH4、H2等气体，经气体净化装置抽取并过滤掉烟尘颗粒，将剩余气体导入色谱，进行含气种类分析。因此当待测电池在测试过程中产生大量烟气时，可以启动气体净化器，将气体吸入净化器内，去除烟尘颗粒的净化后的气体经连接管道进入集气筒，再经连接管道进入气体分析仪内进行实时分析检测。连接管道上可以设置阀门，通过打开和关闭阀门进而控制气体管路。优选地，所述视频监控装置安装固定于滑轨上，滑轨固定于试验舱内壁上。同样地，视频监控装置可以在滑轨上滑动，使用时根据实际需要调整视频监控装置的位置，后固定于滑轨上。优选地，所述绝热舱的舱体包括内层和外层，内层为防爆钢板层，外层为保温隔热层。绝热舱的保温隔热层为炭气凝胶高温隔热复合材料层，采用炭气凝胶高温隔热复合材料制成，具体制备方法可参照专利申请号CN201810162784.6制得，该复合材料层具有极低的热导率、极好的隔热性能，使用温度可达到2200℃，远高于电池燃烧时舱内最高温度(800℃左右)。优选地，所述气体通道设置于绝热舱的顶部，有利于气体从绝热舱散发到试验舱内部；优选地，气体通道包括若干通孔，通孔的孔径为1～3mm。优选地，所述电池加热装置包括加热板，加热板呈U型；待测电池插入U型加热板上进行加热。本技术的储能电池热失控特性的一体化测试装置在进行测试时，将待测电池置于绝热舱内的电池加热装置中，集控装置控制加热单元进行加热和停止，使绝热舱内保持热平衡状态；电池温度检测装置实时对电池的温度进行检测并传输至集控装置；随着电池温度升高，电池释放出的气体经绝热舱上的气体通道进入试验舱，气体检测单元检测到气体，并将检测结果传输至集控装置。测试结束后，集控装置控制加热单元停止加热，待舱内自然冷却即可关闭系统。技术原理：由于储能电池在过充、过热和短路情况下易发生热失控，甚至引发火灾，严重威胁储能电站的安全稳定运行。储能电池热失控特性包括热失控过程的温升曲线、外壳形变、泄压阀开启对应时间点和温度点、气体/电解液混合物喷射现象、电池爆燃/燃烧行为、气体成分和浓度等。目前，传统热失控特性试验平台在敞开环境下对电池温升、喷射和燃烧现象进行监控，电池样品与环境温差导致热量流失，造成热学参数的测量误差。另外市场现有绝热量热仪虽能保持绝热环境，但试验过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能电池热失控特性的一体化测试装置，其特征在于：包括集控装置、试验舱、位于试验舱内部的绝热舱、气体检测单元，气体检测单元位于绝热舱外部、试验舱内部，绝热舱内设有加热单元和温度检测单元，加热单元、温度检测单元、气体检测单元均与集控装置相连；所述加热单元包括环境加热装置和电池加热装置，温度检测单元包括环境温度检测装置和电池温度检测装置；绝热舱的舱体上设有气体通道。/n

【技术特征摘要】
1.一种储能电池热失控特性的一体化测试装置，其特征在于：包括集控装置、试验舱、位于试验舱内部的绝热舱、气体检测单元，气体检测单元位于绝热舱外部、试验舱内部，绝热舱内设有加热单元和温度检测单元，加热单元、温度检测单元、气体检测单元均与集控装置相连；所述加热单元包括环境加热装置和电池加热装置，温度检测单元包括环境温度检测装置和电池温度检测装置；绝热舱的舱体上设有气体通道。


2.根据权利要求1所述的储能电池热失控特性的一体化测试装置，其特征在于：所述绝热舱的舱体上设有观测窗，观测窗外侧设有视频监控装置，视频监控装置与集控装置相连，视频监控装置通过观测窗记录电池变化。


3.根据权利要求1所述的储能电池热失控特性的一体化测试装置，其特征在于：所述气体检测单元包括若干气体探测器串组；每个气体探测器串组包括多个气体探测器和滑轨，滑轨沿试验舱内壁横向、纵向分布，气体探测器固定于滑轨上。


4.根据权利要求1所述的储能电池热失控特性的一体化测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭东亮，刘建军，刘洋，陶风波，朱洪斌，张建国，马勇，肖鹏，孙磊，尹康涌，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，国网江苏省电力有限公司，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32