一种锂电池测试中可燃气体收集方法及装置

技术领域

本发明涉及锂电池测试技术领域，尤其涉及一种锂电池测试中可燃气体收集方法及装置。

背景技术

锂离子电池作为电化学储能中的重要器件，占有重要的地位。储能电站大多为远程维护，如果对事故预警不及时，则可能引发大的危害。锂电池在发生热失控前，会释放出一定量的气体，如果能够及时有效的识别这些气体，可有效阻止事故的发生。

现阶段所使用的气体识别方式多为感烟和感温火灾探测，领域内对释放气体的种类、特征的识别，大都是基于热失控完成后发生燃烧反应时的混合气体成分和特征进行标定和设备选型，此时锂电池热失控已经发生，且比较处于比较严重的阶段。但对热失控过程中，对可燃气体的收集，缺乏一定的方法和措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种锂电池测试中可燃气体收集方法及装置，能够实现对锂电池热失控过程中的可燃气体进行分阶段收集，通过识别热失控特征，降低锂电池热失控发生的概率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池测试中可燃气体收集方法，包括以下步骤：待测试锂电池放置在防爆箱内，将可燃气体排放组件的烟气收集管对应装设在测试锂电池的泄压阀位置；采集防爆箱内热失控的锂电池产生的电、热、声、光信号；控制模块将接收到信号进行处理，控制可燃气体排放组件任一电磁阀的开闭合状态；可燃气体排放组件的多通路分支管根据锂电池在热失控过程中对应的不同阶段，将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内；获取各气体收集罐内气体的相关参数。

其中，采集防爆箱内热失控的锂电池产生的电、热、声、光信号包括：锂电池的电压和表面温度、锂电池泄压阀开启时的声音强度、发生热失控时气体燃烧产生火光。

其中，控制模块将接收到信号进行处理的步骤还包括：对锂电池热失控过程中产生的气体压力、气体浓度及气体种类信号进行处理的步骤。

其中，可燃气体排放组件的多通路分支管根据锂电池在热失控过程中对应的不同阶段，将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内包括以下步骤：锂电池泄压阀打开的起始阶段，泄压阀打开，锂电池表面温度突降，控制可燃气体排放组件的第一电池阀导通，泄压阀产生的气体被收集到第一气体收集罐内。

其中，可燃气体排放组件的多通路分支管根据锂电池在热失控过程中对应的不同阶段，将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内还包括以下步骤：锂电池的电压发生下降，温度上升速率≥1℃的中间阶段，锂电池发生热失控，控制关闭可燃气体排放组件的第一电池阀，将可燃气体排放组件的第二电池阀导通，泄压阀产生的气体被收集到第二气体收集罐内。

其中，可燃气体排放组件的多通路分支管根据锂电池在热失控过程中对应的不同阶段，将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内还包括以下步骤：

锂电池热失控产生的可燃气体到达燃点的燃烧阶段，控制关闭可燃气体排放组件的第二电池阀，将可燃气体排放组件的第三电池阀导通，泄压阀产生的气体被收集到第三气体收集罐内。

其中，获取各气体收集罐内气体相关参数的步骤包括：根据各气体收集罐的大小及其中储存气体的压力状况，及通过分析各气体收集罐内气体的气相色谱状况，获取各气体收集罐内气体参数的步骤。

其中，获取各气体收集罐内气体相关参数的步骤之后还包括：对锂电池热失控阶段进行细分，并根据分析结果，调整锂电池热失控各阶段临界气体浓度，有效降低热失控发生的概率的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还公开了一种锂电池测试中可燃气体收集装置，其特征在于，包括：用以放置待测试锂电池的防爆箱及用以收集锂电池在热失控中产生可燃气体的可燃气体排放组件，可燃气体排放组件包括：烟气收集管；分别与烟气收集管相连的第一通路分支管道，第二通路分支管道及第三通路分支管道，第一通路分支管道上设有第一电池阀，第一通路分支管道的端部连有第一气体收集罐，第二通路分支管道上设有第二电池阀，第二通路分支管道的端部连有第二气体收集罐，第三通路分支管道上设有第三电池阀，第三通路分支管道的端部连有第三气体收集罐；以及用以控制各电磁阀开闭合状态的控制模块，其中：控制模块控制将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内。

其中，烟气收集管与测试锂电池的泄压阀之间设有一定的距离，以防止锂电池热失控时释放压力过大，产生较大的反向推力。

实施本发明的锂电池测试中可燃气体收集方法及装置，具有如下的有益效果：采集防爆箱内热失控的锂电池产生的电、热、声、光信号；控制模块将接收到信号进行处理，控制可燃气体排放组件任一电磁阀的开闭合状态；可燃气体排放组件的多通路分支管根据锂电池在热失控过程中对应的不同阶段，将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内；获取各气体收集罐内气体的相关参数，能够实现对锂电池热失控过程中的可燃气体进行分阶段收集，通过识别热失控特征，降低锂电池热失控发生的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例锂电池测试中可燃气体收集方法的结构框图。

图2为本发明实施例锂电池测试中可燃气体收集装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明锂电池测试中可燃气体收集方法的实施例一。

本实施例中的锂电池测试中可燃气体收集方法，包括以下步骤：

步骤S10，待测试锂电池放置在防爆箱内，将可燃气体排放组件的烟气收集管对应装设在测试锂电池的泄压阀位置；

步骤S20，采集防爆箱内热失控的锂电池产生的电、热、声、光信号；

步骤S30，控制模块将接收到信号进行处理，控制可燃气体排放组件任一电磁阀的开闭合状态；可燃气体排放组件的多通路分支管根据锂电池在热失控过程中对应的不同阶段，将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内；

步骤S40，获取各气体收集罐内气体的相关参数。

具体实施时，步骤S10中，不限制待测试锂电池T的形状，可以是方形，圆柱形和软包皆可，待测试锂电池T具有泄压阀T1。本实施例中，待测试锂电池T放置在防爆箱1内。

进一步的，烟气收集管21与测试锂电池T的泄压阀T1之间设有一定的距离，以防止锂电池T热失控时释放压力过大，产生较大的反向推力。

优选的，可燃气体排放组件的烟气收集管的端口设为变口径结构。虽烟气收集管21与泄压阀T1之间保持一定的距离，但烟气收集管21仍可以覆盖整个泄压阀T1的位置，如此，以提高可燃气体收集的完整性，同时减少不必要的浪费。

步骤S20,采集防爆箱内热失控的锂电池产生的电、热、声、光信号，包括：锂电池的电压和表面温度、锂电池泄压阀开启时的声音强度、发生热失控时气体燃烧产生火光。

此外，对锂电池热失控过程中产生的气体压力、气体浓度及气体种类等信号，上述信号可以通过声光电热等传感器进行检测。采集上述信号的作用是：根据多种信号的协同作用，分析判断待测试锂电池T热失控的过程。

进一步的，步骤S30中,控制模块将接收到的信号进行处理，控制可燃气体排放组件任一电磁阀的开闭合状态；可燃气体排放组件的多通路分支管根据锂电池在热失控过程中对应的不同阶段，将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内。

实施时，上述烟气收集管21通过直通阀22连接至多通路分支管，本实施例中的多通路分支管为三路，分别为231、232、233.当然，多通路分支管的分支数量可以根据实际使用情况进行调整，例如：可以为两分支，也可为多分支，根据测试目的，将锂电池热失控过程分为多个阶段，其分支数和阶段数相等。进一步的，第一通路分支管道231上设有第一电池阀241，第一通路分支管道231的端部连有第一气体收集罐251，第二通路分支管道232上设有第二电池阀242，第二通路分支管道232的端部连有第二气体收集罐252，第三通路分支管道233上设有第三电池阀243，第三通路分支管道233的端部连有第三气体收集罐253。

上述第一电池阀241、第二电池阀242及第三电池阀243的作用是控制模块根据上述声光电热信号控制其开闭合状态，例如：平时为常闭状态，当收到控制模块开启信号时，对相应支路的分支管进行导通，气体可以通过管道进入到第一气体收集罐251、第二气体收集罐252或第三气体收集罐253内。

其他实施方式中，第一气体收集罐251、第二气体收集罐252或第三气体收集罐253需在测试前对整个罐体进行抽真空处理，当对应的电磁阀接通时，其能够实现对烟气的自动收集。此外，还可以在气体收集罐上增加抽真空口，压力传感器等接口。同时，气体收集罐可以为集气袋，也可为金属罐体，可根据实际使用需要进行调整。

可以理解的是：各电池阀可以通过信号采集线连接至控制模块，各传感器和检测器也通过信号采集线连接至控制模块，如此，以保证控制模块能够接收到待测锂电池电压和表面温度、防爆阀开启时声音、产生的气体压力、浓度和气体种类等信号。控制模块通过处理得到的反馈信号，对各电磁阀实现开关闭合。

其中，步骤S30还包括以下步骤：锂电池泄压阀T1打开的起始阶段，泄压阀打开，锂电池表面温度突降，控制可燃气体排放组件的第一电池阀241导通，泄压阀产生的气体被收集到第一气体收集罐251内。

在泄压阀T1打开过程会有一定的声音，通过收集温度、声音信号，将第一电池阀241进行导通，产生的气体可以第一时间被收集到第一气体收集罐251内。

步骤S30还包括以下步骤：锂电池的电压发生下降，温度上升速率≥1℃的中间阶段，锂电池发生热失控，控制关闭可燃气体排放组件的第一电池阀241，将可燃气体排放组件的第二电池阀242导通，泄压阀T1产生的气体被收集到第二气体收集罐252内。

实施时，中间阶段以锂电池热失控发生为起点，此时，第二电磁阀242外其余电磁阀关闭，将热失控发生过程中产生的气体收集到第二个收集罐252内。

步骤S30还包括以下步骤：锂电池热失控产生的可燃气体到达燃点的燃烧阶段，控制关闭可燃气体排放组件的第二电池阀242，将可燃气体排放组件的第三电池阀243导通，泄压阀T1产生的气体被收集到第三气体收集罐253内。

实施时，电池温度继续上升，空间内压力变大，锂电池热失控产生的可燃气体到达燃点，发生燃烧，气体发生快速膨胀，此时通过电池形变，压力信号，第三电磁阀243外的其余电磁阀关闭，由于负压，产生的可燃气体被收集至第三气体收集罐253内。

步骤S40，获取各气体收集罐内气体的相关参数。

实施时，获取各气体收集罐内气体相关参数的步骤包括：根据各气体收集罐的大小及其中储存气体的压力状况，及通过分析各气体收集罐内气体的气相色谱状况，获取各气体收集罐内气体参数的步骤。

进一步的，步骤S40之后还包括：对锂电池热失控阶段进行细分，并根据分析结果，调整锂电池热失控各阶段临界气体浓度，有效降低热失控发生的概率的步骤。

如图2所示，为本发明锂电池测试中可燃气体收集装置的实施例一。

本实施例中的锂电池测试中可燃气体收集装置，包括：用以放置待测试锂电池T的防爆箱1及用以收集锂电池T在热失控中产生可燃气体的可燃气体排放组件，可燃气体排放组件包括：烟气收集管21；分别与烟气收集管21相连的第一通路分支管道231，第二通路分支管道232及第三通路分支管道233。

第一通路分支管道231上设有第一电池阀241，第一通路分支管道231的端部连有第一气体收集罐251，第二通路分支管道232上设有第二电池阀242，第二通路分支管道232的端部连有第二气体收集罐252，第三通路分支管道233上设有第三电池阀243，第三通路分支管道233的端部连有第三气体收集罐253；

还包括：用以控制各电磁阀241、242及243开闭合状态的控制模块，其中：控制模块控制将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内。

优选的，烟气收集管21与测试锂电池T的泄压阀T1之间设有一定的距离，以防止锂电池T热失控时释放压力过大，产生较大的反向推力。同时，可燃气体排放组件的烟气收集管的端口设为变口径结构，使得烟气收集管21可以覆盖整个泄压阀T1的位置，如此，以提高可燃气体收集的完整性，同时减少不必要的浪费。

本发明锂电池测试中可燃气体收集装置在具体实施时，通过将锂电池在热失控过程中产生的可燃气体进行分阶段收集，可以进一步细分热失控过程，通过对各阶段进行报警阈值设定，可以联动控制可燃气体相应收集动作，有效提高锂电池热失控预警的准确性和可靠性，保障锂电池系统的安全运行。

本发明锂电池测试中可燃气体收集装置的其他实施方式中，可根据实验测试的目的要求，适当的对电磁阀和分支管道数量进行增加或减少，同时可以在气体收集罐的后端增加气相色谱等测试装置。

本发明锂电池测试中可燃气体收集装置也可以用于锂电池消防安全上，快速检测出其热失控状态，实现对可燃气体的阻燃和收集，防止烟气扩散，降低可燃气体体积和浓度，消除发生消防事故的可能，提升消防安全性，避免爆炸燃烧事故和人员伤亡事故的发生。

实施本发明的锂电池测试中可燃气体收集方法及装置，具有如下的有益效果：采集防爆箱内热失控的锂电池产生的电、热、声、光信号；控制模块将接收到信号进行处理，控制可燃气体排放组件任一电磁阀的开闭合状态；可燃气体排放组件的多通路分支管根据锂电池在热失控过程中对应的不同阶段，将锂电池热失控各阶段产生的可燃气体分段收集至对应的气体收集罐内；获取各气体收集罐内气体的相关参数，能够实现对锂电池热失控过程中的可燃气体进行分阶段收集，通过识别热失控特征，降低锂电池热失控发生的概率。