【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及锂电池应用安全分析的，具体为一种锂电池热滥用特性分析实验设备及其实验方法。
技术介绍
1、锂电池凭借其高能量密度、长循环寿命及良好的充放电性能的优势被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车以及大规模储能系统中。但是，随着锂电池对于能量密度需求的逐渐提高，其安全问题日益凸显。锂电池在极端环境下会出现不同程度的异常升温现象，当电池温度达到一定程度时，其内部材料将发生热分解释放大量气体及热量使电池温度迅速上升并引发热失控，从而出现火灾甚至爆炸带来安全隐患。电池在异常升温情况下的安全问题已成为制约其应用领域发展的重要瓶颈。
2、为了提高电池热安全性并减少电池事故的发生，一方面是从电化学材料角度研发出耐高温且高惰性的电池新材料，另一方面则是从电池安全管理的角度出发，通过明晰电池在异常加热过程中的特性建立对应的安全管理措施及方法。由于目前电池新材料造价昂贵难以投入实际应用，无法解决锂电池迅速发展所带来的安全隐患，因此，迫切需求一种可模拟任意场景下的热滥用特性分析实验设备，为电池安全性评估与故障缓解策略提供重要的实验基础，并为电池安全管理与应用提供技术支持。
3、当前锂电池热滥用特性分析实验设备领域专利技术存在实验设计单一化、无法分析多场景的缺陷，如专利文献cn217442606u，采用了高温硅碳棒进行加热，可以分析电池热滥用情况下的电池特性，但是该实验设备所能实现的加热条件单一且未能分析不同的冷却条件带来的影响，无法实现电池在不同条件下的热滥用实验分析。专利文献cn116068421a开展了特定工作条件
技术实现思路
1、基于此，本专利技术的目的是提供一种锂电池热滥用特性分析实验设备及其实验方法，以解决上述
技术介绍
中提出的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种锂电池热滥用特性分析实验设备,包括电池组、防护箱、用于对电池夹固的电池夹具、加热装置、冷却设备、电子负载设备、上位机和数据采集设备，所述电池夹具位于所述防护箱内部，所电池组夹固位于所述电池夹具内，所述加热装置位于所述防护箱内部所述电池夹具顶部，所述加热装置通过can总线与所述上位机相连接，所述电子负载设备通过导线与所述电池组相连接，所述电子负载设备通过导线与所述上位机相连接。
4、本技术方案具体的，所述数据采集设备包括有电池测量传感器和气体分析仪，所述电池测量传感器通过导线与所述电池组相连接，所述电池测量传感器用于实现对电池组电压、电流以及温度的采集，所述电池测量传感器通过can总线与所述上位机相连接，所述气体分析仪检测探头位于所述防护箱一侧内壁上，所述气体分析仪通过导线与所述上位机相连接，所述气体分析仪用于通过抽取实验防护箱中锂电池释放的气体进行烟气捕捉以识别当前产生的一氧化碳、二氧化碳、氢气与可燃气体等浓度，通过通讯系统输入至上位机及其内部的多场分析软件。
5、本技术方案具体的，所述电池夹具包括有支撑架、用于对电池组进行夹固的第一夹固框和第二夹固框，所述支撑架对称位于所述防护箱两侧内壁上，所述支撑架上滑动设置有第一位置调节板，所述第一位置调节板上通过螺栓连接有电动伸缩夹固支撑横板，所述电动伸缩夹固支撑横板呈l字型结构设置，第一夹固框两侧外壁上靠近边缘处开设有电池组夹固限位槽，所述第二夹固框两侧外壁上靠近边缘处设置有与所述电池组夹固限位槽相匹配的电池组夹固限位板，所述第一夹固框一侧其中一个所述电池组夹固限位槽内设置有与电池组正极连接的接线座，所述第二夹固框一侧其中一个所述电池组夹固限位板上设置有与所述电池组负极相接的接线座，所述电池组夹固位于所述第一夹固框和第二夹固框内，连接后的所述第一夹固框和第二夹固框夹固位于电动伸缩夹固支撑横板之间。
6、本技术方案具体的，位于所述支撑架上所述第一位置调节板上方对称设置有第二位置调节板，所述加热装置固定位于所述第一位置调节板顶部所述第二位置调节板之间，所述加热装置包括有电阻丝和加热片，所述加热电阻丝分布位于加热片内部通过并导线与上位机相连接。
7、本技术方案具体的，所述冷却设备包括有冷却风机，所述冷却风机嵌设分布位于所述防护箱一侧壳体上，所述冷却风机通过导线与所述上位机相连接。
8、本技术方案具体的，所述上位机包括有数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、人机交互界面模块、数据存储模块和数据通信模块，所述数据采集模块用于负责收集锂电池各种传感器、现场设备产生的原始数据；所述数据处理模用于对接收到的原始数据进行预处理，如滤波、转换、校正等操作，以便于后续的数据分析和模拟；所述数据分析模块用于对接收到的经过处理的原始数据进行分析，提取有价值的信息；所述人机交互界面模块用于提供一个图形化、可视化的用户界面，使得操作人员可以通过直观的界面方便地对数据采集、处理、分析等进行操作，并可以将分析结果输出到屏幕、打印机、数据库；所述数据存储模块用于负责将接收、处理和分析后的数据进行保存，以便于后期查阅和管理；所述数据通信模块用于负责将分析结果与其他系统、设备、上级控制系统进行数据交换和通信，以满足不同应用场景的需求。
9、根据以上的一种锂电池热滥用特性分析实验设备，还将提供一种锂电池热滥用特性分析实验方法，包括以下实验步骤：
10、步骤一、初始化实验电池单体荷电状态，结合加热条件需求使用上位机通过can总线对可控加热装置和冷却设备进行设置；
11、步骤二、将锂电池与电子负载设备、数据测量线以及电池测量传感器(8)进行连接，将气体分析仪探头安置于防护箱内部锂电池附近以采集有效气体信息；
12、步骤三、同时开启实验设备以及采集系统进行实验，期间对锂电池电压、电流、温度以及产生气体进行记录；
13、步骤四、热滥用实验结束，关闭实验设备将已数据采集数据进行保存；
14、步骤五、实验后将锂电池拍照并封存，清理实验环境，待实验设备冷却至室温；
15、步骤六、根据热滥用实验需求重复上述步骤一-步骤六步骤，直到完成所有实验；
16、步骤七、关闭实验设备及数据采集系统，通过上位机对采集参数进行当前加热与冷却条件下锂电池热滥用的特性分析，并采用多场分析软件对当前场景下的锂电池温度图像以及曲线进行模拟绘制，后基于实验数据和上位机扩展分析多种场景下的锂电池热安全特性。
17、本技术方案具体的，所述电池组采用标称容量为2.4ah，标称电压3.6v的三元锂圆柱电池为示例，将圆柱锂电池正负极通过测量线连接电子负载设备进行脉冲放电实验，通过数据采集设备的电池测量传感器采集热滥用实验过程中的电压、电流以及温度数据，并采用气体分析仪对烟气中的一氧化碳、二氧化碳、氢气以及可燃气体进行捕捉及采集，其中温度由贴在每个锂电池表面的k型热电偶组成。
18、本技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂电池热滥用特性分析实验设备,包括电池组、防护箱(1)、用于对电池夹固的电池夹具(2)、加热装置(3)、冷却设备(4)、电子负载设备(5)、上位机(6)和数据采集设备，其特征在于,所述电池夹具(2)位于所述防护箱(1)内部，所电池组夹固位于所述电池夹具(2)内，所述加热装置(3)位于所述防护箱(1)内部所述电池夹具(2)顶部，所述加热装置(3)通过CAN总线与所述上位机(6)相连接，所述电子负载设备(5)通过导线与所述电池组相连接，所述电子负载设备(5)通过导线与所述上位机(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池热滥用特性分析实验设备，其特征在于，所述数据采集设备包括有电池测量传感器(8)和气体分析仪(7)，所述电池测量传感器(8)通过导线与所述电池组相连接，所述电池测量传感器(8)用于实现对电池组电压、电流以及温度的采集，所述电池测量传感器(8)通过CAN总线与所述上位机(6)相连接，所述气体分析仪(7)检测探头位于所述防护箱(1)一侧内壁上，所述气体分析仪(7)通过导线与所述上位机(6)相连接，所述气体分析仪(7)用于通过抽取实验防护箱(1)中锂
3.根据权利要求1所述的一种锂电池热滥用特性分析实验设备，其特征在于，所述电池夹具(2)包括有支撑架(21)、用于对电池组进行夹固的第一夹固框(22)和第二夹固框(23)，所述支撑架(21)对称位于所述防护箱(1)两侧内壁上，所述支撑架(21)上滑动设置有第一位置调节板(211)，所述第一位置调节板(211)上通过螺栓连接有电动伸缩夹固支撑横板(212)，所述电动伸缩夹固支撑横板(212)呈L字型结构设置，第一夹固框(22)两侧外壁上靠近边缘处开设有电池组夹固限位槽(221)，所述第二夹固框(23)两侧外壁上靠近边缘处设置有与所述电池组夹固限位槽(221)相匹配的电池组夹固限位板(222)，所述第一夹固框(22)一侧其中一个所述电池组夹固限位槽(221)内设置有与电池组正极连接的接线座，所述第二夹固框(23)一侧其中一个所述电池组夹固限位板(222)上设置有与所述电池组负极相接的接线座，所述电池组夹固位于所述第一夹固框(22)和第二夹固框(23)内，连接后的所述第一夹固框(22)和第二夹固框(23)夹固位于电动伸缩夹固支撑横板(212)之间。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池热滥用特性分析实验设备，其特征在于，位于所述支撑架(21)上所述第一位置调节板(211)上方对称设置有第二位置调节板(213)，所述加热装置(3)固定位于所述第一位置调节板(211)顶部所述第二位置调节板(213)之间，所述加热装置(3)包括有电阻丝和加热片，所述加热电阻丝分布位于加热片内部通过并导线与上位机(6)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池热滥用特性分析实验设备，其特征在于，所述冷却设备(4)包括有冷却风机，所述冷却风机嵌设分布位于所述防护箱(1)一侧壳体上，所述冷却风机通过导线与所述上位机(6)相连接。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池热滥用特性分析实验设备，其特征在于，所述上位机(6)包括有数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、人机交互界面模块、数据存储模块和数据通信模块，所述数据采集模块用于负责收集锂电池各种传感器、现场设备产生的原始数据；所述数据处理模用于对接收到的原始数据进行预处理，如滤波、转换、校正等操作，以便于后续的数据分析和模拟；所述数据分析模块用于对接收到的经过处理的原始数据进行分析，提取有价值的信息；所述人机交互界面模块用于提供一个图形化、可视化的用户界面，使得操作人员可以通过直观的界面方便地对数据采集、处理、分析等进行操作，并可以将分析结果输出到屏幕、打印机、数据库；所述数据存储模块用于负责将接收、处理和分析后的数据进行保存，以便于后期查阅和管理；所述数据通信模块用于负责将分析结果与其他系统、设备、上级控制系统进行数据交换和通信，以满足不同应用场景的需求。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种锂电池热滥用特性分析实验方法，其特征在于，包括以下实验步骤：
8.根据权利要求7所述的一种锂电池热滥用特性分析实验方法，其特征在于，所述电池组采用标称容量为2.4Ah，标称电压3.6V的三元锂圆柱电池为示例，将圆柱锂电池正负极通过测量线连接电子负载设备(5)进行脉冲放电实验，通过数据采集设备的电池测量传感器(8)采集热滥用实验过程中的电压、电流以及温度数据，并采用气体分析仪(7)对烟气中的一氧化碳、二氧化碳、氢气以及可燃气体进...
【技术特征摘要】
1.一种锂电池热滥用特性分析实验设备,包括电池组、防护箱(1)、用于对电池夹固的电池夹具(2)、加热装置(3)、冷却设备(4)、电子负载设备(5)、上位机(6)和数据采集设备，其特征在于,所述电池夹具(2)位于所述防护箱(1)内部，所电池组夹固位于所述电池夹具(2)内，所述加热装置(3)位于所述防护箱(1)内部所述电池夹具(2)顶部，所述加热装置(3)通过can总线与所述上位机(6)相连接，所述电子负载设备(5)通过导线与所述电池组相连接，所述电子负载设备(5)通过导线与所述上位机(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池热滥用特性分析实验设备，其特征在于，所述数据采集设备包括有电池测量传感器(8)和气体分析仪(7)，所述电池测量传感器(8)通过导线与所述电池组相连接，所述电池测量传感器(8)用于实现对电池组电压、电流以及温度的采集，所述电池测量传感器(8)通过can总线与所述上位机(6)相连接，所述气体分析仪(7)检测探头位于所述防护箱(1)一侧内壁上，所述气体分析仪(7)通过导线与所述上位机(6)相连接，所述气体分析仪(7)用于通过抽取实验防护箱(1)中锂电池释放的气体进行烟气捕捉以识别当前产生的一氧化碳、二氧化碳、氢气与可燃气体等浓度，通过通讯系统输入至上位机(6)及其内部的多场分析软件。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池热滥用特性分析实验设备，其特征在于，所述电池夹具(2)包括有支撑架(21)、用于对电池组进行夹固的第一夹固框(22)和第二夹固框(23)，所述支撑架(21)对称位于所述防护箱(1)两侧内壁上，所述支撑架(21)上滑动设置有第一位置调节板(211)，所述第一位置调节板(211)上通过螺栓连接有电动伸缩夹固支撑横板(212)，所述电动伸缩夹固支撑横板(212)呈l字型结构设置，第一夹固框(22)两侧外壁上靠近边缘处开设有电池组夹固限位槽(221)，所述第二夹固框(23)两侧外壁上靠近边缘处设置有与所述电池组夹固限位槽(221)相匹配的电池组夹固限位板(222)，所述第一夹固框(22)一侧其中一个所述电池组夹固限位槽(221)内设置有与电池组正极连接的接线座，所述第二夹固框(23)一侧其中一个所述电池组夹固限位板(222)上设置有与所述电池组负极相接的接线座，所述电池组夹固位于所述第一夹固框(22)和第二夹固框(23)内，连接后的所述第一夹固框(22)和第二夹固框(23)夹固位于电动伸缩夹固支撑横板(212)之间。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池热滥用特性分析实验...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏祥，刘承鑫，李泽昊，谭睿，陶庆一，陈泽宇，刘志华，
申请(专利权)人：宁夏理工学院，
类型：发明
国别省市：
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