本發(fā)明涉及電池安全測試，特別是涉及一種密閉壓力容器內(nèi)電池熱失控產(chǎn)生氣體的采集驗證方法。

背景技術：

1、鋰離子電池作為我國外貿(mào)的“新三樣”，近年來成為展現(xiàn)中國制造邁向高端化、智能化、綠色化的嶄新名片，鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模亦呈不斷發(fā)展壯大趨勢；據(jù)不完全統(tǒng)計，2023年我國鋰電池總產(chǎn)量超過940gwh，同比增長25％，行業(yè)總產(chǎn)值超過1.4萬億元；然而，鋰電池作為一種能量載體，會在電、熱、機械濫用條件下發(fā)生熱失控，產(chǎn)生大量的熱量并釋放出混合可燃氣體；一旦可燃氣體在受限空間內(nèi)積聚并達到爆炸極限后，便很可能導致爆炸事故的發(fā)生；因此，對鋰電池熱失控產(chǎn)生的混合氣體的爆炸特性進行研究，具有重要的現(xiàn)實意義；

2、現(xiàn)階段，研究人員多采用非原位方法來進行熱失控氣體爆炸特性的測試與研究，主要是在密閉壓力容器內(nèi)觸發(fā)電池單體熱失控，待熱失控氣體釋放完全后通過采樣口將容器內(nèi)混合氣體收集至采樣袋中，進而通過氣相色譜儀、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等設備分析熱失控產(chǎn)生混合氣體的組分，并在此基礎上，進一步測試混合氣體的爆炸極限、最小點火能等爆炸敏感性指標參數(shù)以及最大爆炸壓力和最大爆炸壓力上升速率等爆炸強度指標參數(shù)；然而，隨著比亞迪“刀片”電池等長度較長的單體電池的出現(xiàn)及廣泛應用，促使熱失控產(chǎn)氣測試用密閉壓力容器的容積越來越大；在該種大容積的壓力容器內(nèi)，熱失控產(chǎn)生的混合氣體會呈現(xiàn)非均勻分布特征，導致不同位置采集得到的混合氣體組分出現(xiàn)差異，進而進一步影響后續(xù)爆炸特性測試的準確性和可靠性，但目前仍未有能實現(xiàn)大容積密閉壓力容器內(nèi)熱失控產(chǎn)生混合氣體的均勻化采集方法和相應的采樣裝置。

3、基于此，需一種密閉壓力容器內(nèi)電池熱失控產(chǎn)生氣體的采集驗證方法。

技術實現(xiàn)思路

1、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：一種密閉壓力容器內(nèi)電池熱失控產(chǎn)生氣體的采集驗證方法，包括以下步驟：

2、步驟一、開啟實驗裝置電源，調(diào)試各組件并試動作，將帶夾具的電池放入密閉壓力容器內(nèi)，并關閉容器艙門；

3、步驟二、對改造大容積密閉壓力容器抽真空至達到真空環(huán)境后充入氮氣，通過氮氣濃度傳感器監(jiān)測并記錄氮氣濃度，數(shù)據(jù)輸入控制系統(tǒng)；

4、步驟三、觸發(fā)電池熱失控并監(jiān)測改造大容積密閉壓力容器內(nèi)壓力變化直至穩(wěn)定，記錄釋放出的混合氣體量；

5、步驟四、抽真空采集氣體預混艙，通過真空壓力表確保達到真空環(huán)境；

6、步驟五、通過多路氣體采集系統(tǒng)的輸出電磁閥和輸入電磁閥控制氣體輸送，利用氣體流量計與流量調(diào)節(jié)閥調(diào)整各氣路流量，確保采集氣體預混艙內(nèi)氣體體積均勻；

7、步驟六、在采集氣體預混艙內(nèi)壓力恢復標準大氣壓后，關閉多路氣體采集系統(tǒng)的相關閥門，并記錄各路氣體輸入體積，啟動防爆風扇，攪拌艙內(nèi)氣體以實現(xiàn)均勻混合，攪拌完成后關閉防爆風扇并靜置，讀取并記錄氮氣濃度傳感器的數(shù)據(jù)；

8、步驟七、控制系統(tǒng)通過理想氣體狀態(tài)方程計算熱失控產(chǎn)生的氣體體積vgas，并計算均勻化后氣體中的氮氣濃度，通過與采集氣體預混艙內(nèi)氮氣濃度傳感器測量得到的數(shù)據(jù)比較，驗證混合氣體的均勻性；

9、步驟八、若氣體未達到均勻條件，控制系統(tǒng)根據(jù)多路氣體采集系統(tǒng)各氣路輸入采集氣體預混艙的氣體體積與采集氣體預混艙內(nèi)氮氣濃度，以及改造大容積密閉壓力容器內(nèi)各路濃度傳感器的數(shù)據(jù)，自動調(diào)整不同氣路的輸入體積比，并重復步驟四和七直至達到均勻條件；

10、步驟九、若采集氣體預混艙內(nèi)的混合氣體達到均勻條件，開啟采樣總輸出系統(tǒng)的吸氣泵，將均勻化的混合氣體樣本采集進氣體采樣袋中，完成收集采樣，否則重復步驟，通過控制系統(tǒng)自動調(diào)整，直至達到均勻條件。

11、在一些實施例中，所述步驟二中，再將電池放入改造過的密閉壓力容器后，立即執(zhí)行抽真空操作以達到預設真空級別，隨后充入純氮氣至特定壓力，通過氮氣濃度傳感器實時監(jiān)測并記錄氮氣濃度，確保初始測試環(huán)境的標準化。

12、在一些實施例中，所述步驟五中，系統(tǒng)裝備有自動控制的輸出電磁閥和流量計，用以精確控制從改造大容積密閉壓力容器的不同部位采集的氣體量，控制系統(tǒng)根據(jù)從氣體流量計獲得的流量數(shù)據(jù)，自動調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥，確保各采樣口采集到的氣體量均一。

13、在一些實施例中，所述步驟六中，防爆風扇根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，根據(jù)氣體濃度傳感器的反饋自動調(diào)整轉(zhuǎn)速和攪拌時間，確保氣體混合的徹底和均勻，優(yōu)化氣體的均質(zhì)性。

14、在一些實施例中，所述步驟七和步驟八中，使用理想氣體狀態(tài)方程計算出熱失控產(chǎn)生氣體的體積vgas，并與實測氮氣濃度對比，以驗證混合氣體的均勻性，此外，若檢測到氣體混合未達到預期的均勻性，控制系統(tǒng)會調(diào)整采集參數(shù)；

15、根據(jù)以下公式算法，通過改變不同氣路的輸入體積比，來自動調(diào)整采集氣體預混艙內(nèi)混合氣體濃度，并進一步重復步驟六和七；

16、

17、式中，分別為改造大容積密閉壓力容器內(nèi)氮氣濃度傳感器測量得到的氮氣濃度，為采集氣體預混艙內(nèi)氮氣濃度傳感器測量得到的氮氣濃度，v、v和v分別為多路氣體采集系統(tǒng)中各氣路流量計記錄的氣體體積。

18、一種自驗證式的電池熱失控氣體的均勻化采集裝置，包括改造大容積密閉壓力容器、多路氣體采集系統(tǒng)、采集氣體預混艙、采樣總輸出系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，其中所述改造大容積密閉壓力容器為鋼制圓柱型容器，配置有熱電偶、壓力傳感器、進氣口、排氣閥及至少路氣體采樣口，且采樣口分布在容器的不同位置，并在氣體采集口艙壁位置處設置氣體濃度傳感器1-2，用以換算采集的混合氣體濃度；所述多路氣體采集系統(tǒng)與改造大容積密閉壓力容器上的各個氣體采樣口通過管路連接，每個管路上均設置有輸出電磁閥、流量調(diào)節(jié)閥、氣體流量計及輸入電磁閥，并與控制系統(tǒng)相連以控制每路輸出的氣體體積，所述采集氣體預混艙為鋼柱形容器，容積控制在10l以內(nèi)，內(nèi)部配置的防爆風扇用于攪拌輸入的混合氣體，以及抽真空閥和抽真空泵用于制造真空環(huán)境，且通過設置真空壓力表監(jiān)測艙內(nèi)壓力，所述采樣總輸出系統(tǒng)連接于采集氣體預混艙，并配有吸氣泵用于輸出并采集均勻化后的熱失控混合氣體；并在氣體采集口艙壁位置處設置氣體濃度傳感器1-2，用以換算采集的混合氣體濃度。

19、所述控制系統(tǒng)包括上位機與可編程控制器，集成于控制柜內(nèi)，用于控制多路氣體采集系統(tǒng)、采集氣體預混艙內(nèi)防爆風扇、抽真空閥、抽真空泵、采樣總輸出系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)計算、調(diào)整及驗證氣體的均勻性，并觸發(fā)采樣總輸出系統(tǒng)進行樣品采集。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

21、一、本發(fā)明通過增設可抽真空、可艙內(nèi)攪拌的小容積采樣氣體預混艙，以及多路可自動調(diào)節(jié)氣體流量、流速的采樣管道，實現(xiàn)對電池熱失控混合氣體的均勻采集。

22、二、本發(fā)明通過在密閉壓力容器多路氣體采樣口處設置多個氮氣濃度傳感器、在預混艙內(nèi)設置氮氣濃度傳感器，結合在控制系統(tǒng)內(nèi)集成理想氣體狀態(tài)方程、氣體均一化計算方法以及自動調(diào)節(jié)算法，利用采樣管道的流速調(diào)節(jié)功能以及實測濃度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對熱失控混合氣體樣本均勻程度的自動化檢測、調(diào)整與驗證。