一种锂电池针刺测试试验装置

1.本发明涉及一种锂电池针刺测试试验装置，属于锂电池针刺试验设备技术领域。


背景技术：

2.锂电池针刺测试，是将充满电的电池放在一个平面上，用直径3-8mm的钢针沿径向将电池刺穿。测试电池不起火、不爆炸。因为动力电池在实际应用场合，存在异物刺入电池包内部导致电池发生短路的可能，而针刺测试能够很好的反应电池短路的发生情况，当钢针刺入时，钢针提供了电池内部短路的通路，电池内部形成很对短路通路，它实际上同时模拟了内短路和外短路两种过程，此时电池的电能转化为热能，并存储在电池内部，短路造成短时间内能量的集中爆发和释放，有可能产生冒烟、漏夜，甚至起火爆炸，因此针刺测试相较于其他类别的安全测试，更容易发生起火和爆炸。开展锂电池的燃烧和爆炸过程理论和实验研究，对于研究锂电池因短路产生的危险性具有重要意义。
3.常规的爆炸特性的研究中，一般将锂电池置于开放的场地进行试验，此方式下爆炸产生的危害性气体直接向环境周围发散，危害性较大，且难以在空间内对于此次爆炸的相关特性进行研究与测量，为此，公开号cn109813755a提出的一种测量锂电池爆炸特性参数的压力罐，其主要通过利用温度传感器以及压力传感器对爆炸前后的数据进行测量，来实现对爆炸时产生数据的探究，为锂电池爆炸特性的测量提供了可靠的封闭空间，然而此装置缺陷有三：
4.其一，高压储罐的使用成本较高，不仅使用复杂具有一定的危险性，在不采用抗压透明材质而通过在内侧安置摄像头的方式进行观测，容易对摄像头造成损伤且燃烧产生的黑烟容易遮蔽摄像头的视野，因此若想要解决上述问题，装置难以在低成本和高安全性之间兼顾；
5.其二，装置通过加热的方式引爆锂电池，在没有对照组的情况下难以区分爆炸以及短路燃烧所产生的热量，且在试验发生前，可能会存在锂电池先漏气的情况，此时储罐内压力以及温度在试验中呈一直上升状态，对于爆炸瞬间所产生的能量以及特性难以进行有效数据的截取与区分；
6.其三，装置在封闭容器中进行爆炸反应试验，试验过程中产生的高浓度危害性气体将积聚在高压容器的内部，在实验结束后高浓度危害性气体无法有效灭除，不利于实验人员的人身安全。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种锂电池针刺测试试验装置，用于探究锂电池在穿刺爆炸发生时的爆炸特性，装置可以便捷测算爆炸发生时所产生的瞬时数据，无需高压容器支撑即可以在相对封闭的环境中发生反应，装置产生的废气便于及时处理，具有良好的应用前景。
8.为实现上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
9.本发明提供的一种锂电池针刺测试试验装置，包括反应箱、驱动装置和控制单元，所述反应箱内部划分为反应空腔和滑动空腔，所述反应空腔内安装有用于对锂电池进行固定的定位装置，所述滑动空腔内滑动设置有紧密配合滑动空腔内壁的密封壳；
10.所述反应箱腔体的内部设置有用于安装测针的安装板，所述驱动装置用于驱动安装板带动测针实现对锂电池的穿刺动作；
11.所述滑动空腔远离反应空腔的一端设置有定位板，所述密封壳上安装有若干个滑动贯穿定位板的滑杆，每个所述滑杆上均套设有两端分别抵触在定位板和密封壳之间的弹簧，所述定位板上还紧密滑动配合有测尺，所述测尺的一端用于抵触在密封壳上；
12.所述反应箱位于滑动空腔所在的箱壁上开设有出气孔，所述出气孔位置处接设有尾气处理管，所述尾气处理管上安装有限流阀，所述密封壳朝向反应空腔的一侧安装有可与滑动空腔内壁紧密贴合的配板，所述配板上开设有可与出气孔相对应的配合孔；
13.用于形成所述反应空腔的壁面相互之间构成保温保压结构层，所述反应箱上安装有与反应空腔相连通的高频动态压力传感器，所述高频动态压力传感器与控制单元电性连接。
14.具体的，所述测尺的一端安装有用于抵触在密封壳上的连接板，所述连接板上安装有滑动贯穿定位板的导向杆。
15.具体的，还包括密封水箱和灶台，所述尾气处理管的出气端接设在密封水箱的底部，所述密封水箱的上方连通设置有排气管，所述灶台上安装有点火装置，所述排气管的出气端连接设置有指向点火装置的气嘴。
16.具体的，还包括燃气罐，所述点火装置的燃料为燃气罐向点火装置输送的燃气。
17.具体的，所述排气管上安装有泄压阀和压力计，所述泄压阀和压力计均与控制单元电性连接。
18.具体的，所述定位板上安装有用于与测尺相接处的摩擦片。
19.具体的，所述反应箱包括主箱体和拼接设置在主箱体上的延展臂，所述延展臂用于加长滑动空腔的长度。
20.具体的，所述驱动装置设置于反应箱的外侧，所述驱动装置的驱动杆贯穿反应箱与安装板进行连接，所述反应箱反应空腔的内部安装有活塞壁，所述活塞壁用于配合反应箱反应空腔的内壁对安装板的壁面实现紧密配合。
21.具体的，所述反应箱反应空腔上开设有操作口，所述操作口的两侧均设置有滑槽，两个所述滑槽之间滑动设置有用于密封操作口的密封板。
22.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
23.1、本发明通过在反应箱的内部设置反应空腔和活动空腔，利用密封壳的弹性作用对出气孔进行封闭，使得爆炸发生前反应空腔内的气压可以维持在恒定值，此时利用高频动态压力传感器即可以便捷测量出爆炸发生时与发生前的压差；爆炸发生时，由于气流流速瞬时剧增，限流阀可以自动关闭，此时冲击作用集中于密封壳上，冲击能量做功转化为克服弹簧的做功，通过测尺可以便捷测出弹簧位移量的最大值从而估算此时冲击作用所产生的能量，对于锂电池针刺测试试验爆炸特性的研究提供了更优且更为宽泛的依据；
24.2、本装置内部反应发生时，急剧增大的压强转化为反应空腔容积的变化，因此无需特制高压容器即可以满足试验要求，可以有效提升试验的安全性并缩减装置的使用成
本；
25.3、本装置通过利用密封水箱和点火装置，可以对实验过程中产生的ch4、co、c2h4、h2s、hf、hcl、so2以及hcn等气体进行处理，可以有效降低试验过程中产生的污染，同时有利于保障周围实验人员的人身安全。
附图说明
26.图1是本发明实施例提供的一种试验装置的整体结构示意图；
27.图2是本发明实施例提供的一种试验装置的侧视图；
28.图3是本发明图2实施例提供的一种试验装置的a-a方向剖视图；
29.附图标记：1、反应箱；101、主箱体；102、延展臂；2、安装板；3、驱动装置；4、定位装置；5、测针；6、出气孔；7、密封壳；8、配板；9、配合孔；10、限流阀；11、定位板；12、滑杆；13、弹簧；14、连接板；15、测尺；16、导向杆；18、摩擦片；19、活塞壁；20、高频动态压力传感器；21、尾气处理管；22、密封水箱；23、灶台；24、点火装置；25、燃气罐；26、水管；27、排气阀；28、排气管；29、气嘴；30、滑槽；31、密封板；32、控制单元；33、泄压阀；34、压力计。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.实施例：
34.本发明实施例提供的一种锂电池针刺测试试验装置，用于探究锂电池在穿刺爆炸发生时的爆炸特性，装置可以便捷测算爆炸发生时所产生的瞬时数据，无需高压容器支撑即可以在相对封闭的环境中发生反应，装置产生的废气便于及时处理，具有良好的应用前景，为了实现装置的结构功能，这里设置装置包括反应箱1、驱动装置3以及控制单元32。具体的，这里将反应箱1内部划分为反应空腔和滑动空腔，参照图3所示，此时反应箱1内部的左侧为滑动空腔，右侧为用于供针刺测试的反应空腔，为保障反应空腔内正常的试验功能，这里需要在反应空腔内安装有用于对锂电池进行固定的定位装置4，并在反应箱1腔体的内部设置有用于安装测针5的安装板2。驱动装置3则用于驱动安装板2带动测针5实现对锂电池的穿刺动作。
35.本装置可以通过对滑动空腔的设置实现对冲击能量的测量，其具体结构如下：在
滑动空腔内滑动设置有紧密配合滑动空腔内壁的密封壳7，在滑动空腔远离反应空腔的一端设置有定位板11，密封壳7上安装有若干个滑动贯穿定位板11的滑杆12，每个滑杆12上均套设有两端分别抵触在定位板11和密封壳7之间的弹簧13，在定位板11上还紧密滑动配合有测尺15，将测尺15的一端用于抵触在密封壳7上。通过上述结构的设置，使得爆炸在发生时，冲击能量集中作用在密封壳7上，此时密封壳7整体克服弹簧13弹力以及与反应箱1内壁的摩擦力做功，此时测尺15经由密封壳7进行顶出，控制顶出距离的最大值即为此次冲击能量所克服弹簧弹13力所做的功。应当注意的是，测尺15在设置使应当保有较优的摩擦力，防止测尺15受惯性作用飞出较远距离，此时通过计算核算弹簧13以及相关摩擦做功即可以实现对此次冲击能量的核算，反应前后温度的变化可以通过温度传感器进行测量。为了避免反应过程中容器内压强持续增大而导致本装置的需求为高压容器，这里在反应箱1位于滑动空腔所在的箱壁上开设有出气孔6，并在出气孔6位置处接设有尾气处理管21，以便于对爆炸或燃烧产生的尾气进行处理。为了防止爆炸发生时，冲击能量从出气孔6位置处流失，这里在尾气处理管21上安装有限流阀10，此状态下在爆炸发生时，高速流动的气流可以自动关闭限流阀10，并保障冲击作用主要提现在密封壳7的位移变化上。为了保障爆炸发生前反应空腔内气压的恒定，这里在密封壳7朝向反应空腔的一侧安装有可与滑动空腔内壁紧密贴合的配板8，并在配板8上开设有可与出气孔6相对应的配合孔9，此状态下可以通过预先设定反应空腔内一定的压力，在气压稍大时可以实现配合孔9和出气孔6的配合漏气，在气压趋于原状态时可以受弹簧13弹力作用自动封闭，并以此保障反应空腔内气压在爆炸发生前不会出现大幅度变化。爆炸发生后，可以优选为配板8结构整体从出气孔6上移除，使得产生的气体经由尾气处理管21处流出，并在气压恢复后实现弹簧13的自动复位。为了保障试验的有效性，这里需设置用于形成反应空腔的壁面相互之间构成保温保压结构层，保温用于防止热量散失而影响实验数据的准确性，保压用于防止气体泄露影响最终试验结果的获取，为了进一步探究爆炸瞬时产生的冲击力以及气压等，这里可在反应箱1上安装有与反应空腔相连通的高频动态压力传感器20，设置高频动态压力传感器20与控制单元32电性连接，以用于实验结束后对相关数据进行获取分析。
36.应用上述装置时，无需准备高压容器，操作简单且成本低廉，除现有装置提供的爆炸特性研究功能外，还可以实现对爆炸冲击力以及冲击能量的测算，对于锂电池针刺测试爆炸特性的危险性研究具有重要参考意义，此外，化学反应发生的气体可以由相关尾气装置进行处理，污染程度低，试验安全性高。
37.本发明考虑到测尺15在动作时一旦具有微小的倾角，那么测尺15所受的阻力将急剧增大，为了保障测尺15稳定的滑动方向，这里在测尺15的一端安装有用于抵触在密封壳7上的连接板14，并在连接板14上安装有滑动贯穿定位板11的导向杆16，通过利用导向杆16进行导向，可以保障测尺15在运动过程中不发生偏移，从而有利于实验数据的准确核算。本发明实施例提供的一种锂电池针刺测试试验装置，为了降低测尺15辊芯运动的运动量，这里可以在定位板11上安装有用于与测尺15相接处的摩擦片18。
38.本发明实施例具体提供了一种尾气处理装置用于保障试验安全，由于锂电池燃烧所产生的废气主要包含有ch4、co、c2h4、h2s、hf、hcl、so2以及hcn，根据此些类型的气体可以判断不溶于水的气体都具有易燃性，为此，这里设置尾气处理装置包括密封水箱22和灶台23，将尾气处理管21的出气端接设在密封水箱22的底部，并在密封水箱22的上方连通设置
有排气管28，在灶台23上安装有点火装置24，在排气管28的出气端连接设置有指向点火装置24的气嘴29，上述气体经由密封水箱22过滤后，剩下ch4、co和c2h4气体从排气管28位置处漏出，此时经由点火装置24点燃，最终产物以二氧化碳和水进行释放，使得装置具有良好的安全排放能力。密封水箱22的结构可参照图1所示，为了实现进液以及排液，可以在密封水箱22的底部连通设置水管26，为了保障在水体向密封水箱22内注入，可以在密封水箱22的上方设置排气阀27用于释放气压。
39.为了使排除的气体可以持续燃烧，这里设置装置还包括燃气罐25，此时设置点火装置24的燃料为燃气罐25向点火装置24输送的燃气，使燃气在点火装置24位置处持续燃烧即可。
40.由于密封水箱22顶部的空气层与反应空腔内的气压相近，因此若需要控制反应空腔的气压还需要对密封水箱22的气压进行进一步的控制，为此，这里可在排气管28上安装有泄压阀33和压力计34，设置泄压阀33和压力计34均与控制单元32电性连接，当压力计34测算压力超过额定值时泄压阀33打开，释放可能较为高压的可然性气体，直至压力下降至设定的范围关闭再关闭泄压阀33即可。
41.为了便于对密封壳7进行密封，需要在密封壳7的动作行程上设置密封条，此时密封条应当设置于滑动空腔的内部，若反应箱1位一体式结构，其密封条、密封壳7相互之间的装配将即为困难，且难以进行更进一步的测试调试，为此，这里设置反应箱1包括主箱体101和拼接设置在主箱体101上的延展臂102，延展臂102用于加长滑动空腔的长度，在需要调整装配时，直接将延展臂102部分卸下即可。
42.考虑到驱动装置3的行程，若将驱动装置3置于反应箱1的内侧则制动测针5移动的距离将会很短，为此，这里可通过将驱动装置3设置于反应箱1的外侧，此时驱动装置3的驱动杆将会贯穿反应箱1与安装板2进行连接，此时驱动杆部分贯穿位置处难以实现良好的密封效果，装置通过在反应箱1反应空腔的内部安装有活塞壁19，通过利用活塞壁19配合反应箱1反应空腔的内壁对安装板2的壁面实现紧密配合，此时即便反应箱1的顶部没有密封，通过安装板2与活塞壁19的紧密接触也可以实现反应空腔内部良好的气密性。
43.为了便于对装置内部进行作业，这里可以在反应箱1反应空腔上的位置处开设有操作口，为了实现操作口的密封，这里在操作口的两侧均设置有滑槽30，并在两个滑槽30之间滑动设置有用于密封操作口的密封板31，具体结构形状可参照图1所示进行设置。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种锂电池针刺测试试验装置，其特征在于，包括反应箱(1)、驱动装置(3)和控制单元(32)，所述反应箱(1)内部划分为反应空腔和滑动空腔，所述反应空腔内安装有用于对锂电池进行固定的定位装置(4)，所述滑动空腔内滑动设置有紧密配合滑动空腔内壁的密封壳(7)；所述反应箱(1)腔体的内部设置有用于安装测针(5)的安装板(2)，所述驱动装置(3)用于驱动安装板(2)带动测针(5)实现对锂电池的穿刺动作；所述滑动空腔远离反应空腔的一端设置有定位板(11)，所述密封壳(7)上安装有若干个滑动贯穿定位板(11)的滑杆(12)，每个所述滑杆(12)上均套设有两端分别抵触在定位板(11)和密封壳(7)之间的弹簧(13)，所述定位板(11)上还紧密滑动配合有测尺(15)，所述测尺(15)的一端用于抵触在密封壳(7)上；所述反应箱(1)位于滑动空腔所在的箱壁上开设有出气孔(6)，所述出气孔(6)位置处接设有尾气处理管(21)，所述尾气处理管(21)上安装有限流阀(10)，所述密封壳(7)朝向反应空腔的一侧安装有可与滑动空腔内壁紧密贴合的配板(8)，所述配板(8)上开设有可与出气孔(6)相对应的配合孔(9)；用于形成所述反应空腔的壁面相互之间构成保温保压结构层，所述反应箱(1)上安装有与反应空腔相连通的高频动态压力传感器(20)，所述高频动态压力传感器(20)与控制单元(32)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种锂电池针刺测试试验装置，其特征在于，所述测尺(15)的一端安装有用于抵触在密封壳(7)上的连接板(14)，所述连接板(14)上安装有滑动贯穿定位板(11)的导向杆(16)。3.根据权利要求1所述的一种锂电池针刺测试试验装置，其特征在于，还包括密封水箱(22)和灶台(23)，所述尾气处理管(21)的出气端接设在密封水箱(22)的底部，所述密封水箱(22)的上方连通设置有排气管(28)，所述灶台(23)上安装有点火装置(24)，所述排气管(28)的出气端连接设置有指向点火装置(24)的气嘴(29)。4.根据权利要求3所述的一种锂电池针刺测试试验装置，其特征在于，还包括燃气罐(25)，所述点火装置(24)的燃料为燃气罐(25)向点火装置(24)输送的燃气。5.根据权利要求3所述的一种锂电池针刺测试试验装置，其特征在于，所述排气管(28)上安装有泄压阀(33)和压力计(34)，所述泄压阀(33)和压力计(34)均与控制单元(32)电性连接。6.根据权利要求1所述的一种锂电池针刺测试试验装置，其特征在于，所述定位板(11)上安装有用于与测尺(15)相接处的摩擦片(18)。7.根据权利要求1所述的一种锂电池针刺测试试验装置，其特征在于，所述反应箱(1)包括主箱体(101)和拼接设置在主箱体(101)上的延展臂(102)，所述延展臂(102)用于加长滑动空腔的长度。8.根据权利要求1所述的一种锂电池针刺测试试验装置，其特征在于，所述驱动装置(3)设置于反应箱(1)的外侧，所述驱动装置(3)的驱动杆贯穿反应箱(1)与安装板(2)进行连接，所述反应箱(1)反应空腔的内部安装有活塞壁(19)，所述活塞壁(19)用于配合反应箱(1)反应空腔的内壁对安装板(2)的壁面实现紧密配合。9.根据权利要求1所述的一种锂电池针刺测试试验装置，其特征在于，所述反应箱(1)
反应空腔上开设有操作口，所述操作口的两侧均设置有滑槽(30)，两个所述滑槽(30)之间滑动设置有用于密封操作口的密封板(31)。

技术总结
本发明公开了锂电池针刺试验设备技术领域的一种锂电池针刺测试试验装置，旨在解决现有技术中不便于在封闭环境中对锂电池进行爆炸测试研究的问题。其包括反应箱、驱动装置和控制单元，所述反应箱内滑动设置有密封壳，所述密封壳用于在爆炸发生时克服弹簧弹力做功并推送测尺移动相应的距离，所述反应箱上设有用于泄压的出气孔，出气孔用于维持反应空腔在爆炸发生前维持一定的气压，所述反应箱上还设有用于检测气压的高频动态压力传感器。本发明用于探究锂电池在穿刺爆炸发生时的爆炸特性，装置可以便捷测算爆炸发生时所产生的瞬时数据，无需高压容器支撑即可以在相对封闭的环境中发生反应，装置产生的废气便于及时处理，具有良好的应用前景。有良好的应用前景。有良好的应用前景。


技术研发人员：罗飞 赵振东 刘柏男 徐翊竣 陆浩
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：2022.12.31
技术公布日：2023/7/12