CN106482644A - 一种用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置和方法，所述包括试验箱、加热器、摄像机和排烟装置。其中，试验箱底部角落处设置有进风口，试验箱顶部角落处设置有排风口，风速仪分别设置于进风口和出风口处；摄像机设置在试验室外，镜头朝向锂电池；排烟装置集气罩设置在试验箱内，朝向锂电池。燃烧时，将锂电池放至加热器上，燃烧结束后，打开抽气泵，开始排烟。将锂电池的燃烧视频转换成图像，并用Matlab软件进行图像处理，从而得到锂电池燃烧的火焰高度。

Description

一种用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置和方法

技术领域

本发明涉及燃烧测试技术领域，具体地说，特别涉及到一种用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置和方法。

背景技术

2009年至2015年间，国家相继推出了《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》等系列文件，电动汽车已成为我国重点培育的战略性新兴产业。然而，在电动汽车的应用推广过程中，发生了一系列火灾事故，如2011年杭州某电动出租车起火事故，2015年深圳某电动大巴自燃事故，2016年挪威某电动汽车充电着火事故等。经调查发现，电动汽车火灾大多与其动力锂电池有关，因此，弄清锂电池的燃烧特性及规律，是提高电动汽车消防安全的基础与前提。

火焰高度是锂电池燃烧的关键特性参数，对火灾蔓延产生重要影响。然而，在锂电池的燃烧过程中，会产生大量有毒有害烟气，大大降低能见度，严重影响锂电池燃烧火焰高度的直接测量。因此，建立一种能够简单、有效地测试锂电池燃烧火焰高度的试验方法和装置非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置和方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置，包括试验箱，在试验箱内设有加热器，且通过所述加热器引燃锂电池，在试验箱的一侧设有观察窗，在所述观察窗的外侧安装有用记录锂电池燃烧视频的摄像机，在试验箱的底部和顶部设有进风口或出风口，在所述进风口和出风口处均安装有风速仪，在试验箱的顶部设有排烟装置，排烟装置包括排烟管道，排烟管道的一端设有集气罩，且所述集气罩位于试验箱内加热器的上方，排烟管道的另一端与过滤器的一端连接，过滤器的另一端通过阀门与抽气泵的入口端连接，抽气泵的出口端连接有洗气罐。

进一步的，所述摄像机与观察窗的距离为5～20m，摄像机的镜头正对锂电池。

进一步的，所述过滤器的内部填充物为碱性多孔材料。

进一步的，所述试验箱还设有一用于打开或关闭试验箱的门，在门上设有门把手和密封装置。

一种用于测试锂电池燃烧火焰高度的方法，包括如下步骤：

1)将固定模型的锂电池放置在试验箱内的加热器上，调整试验箱上进风口和出风口的开口面积，将用于记录锂电池燃烧过程的摄影机设置到相应位置；

2)开启摄影机，引燃锂电池，关闭试验箱门，拍摄锂电池的燃烧视频，燃烧结束后，将进风口和出风口的开口面积调至最大，打开抽气泵，开始排烟；

3)将锂电池的燃烧视频转换成图像，并用Matlab软件进行图像处理，计算锂电池燃烧的火焰高度。

进一步的，所述锂电池燃烧火焰高度的计算步骤如下：

(1)通过视频编辑软件将锂电池燃烧视频裁成适当画幅，并转换成图像；

(2)基于图像内固定参照物，标定图像的像素比例尺寸；

(3)通过Matlab软件，基于亮度指标，选取适当的亮度阙值，对图像进行二值化分割；

(4)通过Matlab软件，计算图像像素亮度大于0中的最小垂直像素值，得到单幅图像火焰高度像素值；

(5)选择适当的锂电池燃烧图像区间，按步骤(4)所述方法，批量得到各图像火焰高度像素值；

(6)将各图像火焰高度像素值平均，再进行尺寸标定，即可得到锂电池燃烧的火焰高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明在试验箱内建立锂电池燃烧模型，通过摄像机记录锂电池的燃烧过程，燃烧结束后，通过排烟装置排除试验箱内的烟气，试验方法简单、可靠、高效。

2、本发明试验装置设置有进风口和出风口，且通过控制空气流量，可真实模拟锂电池燃烧环境。

3、本发明基于Matlab软件计算锂电池燃烧火焰高度，具有简单、快速、可靠等优点。

附图说明

图1为本发明所述的用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置的结构示意图。

图2为本发明所述的排烟装置的结构示意图。

图中标号说明：试验箱1、进风口2、出风口3、锂电池4、加热器5、风速仪6、集气罩7、排烟管道8、过滤器9、阀门10、抽气泵11、洗气罐12、摄影机13。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1和图2，本发明所述的一种测试锂电池燃烧火焰高度的试验装置，包括：试验箱1、进风口2、出风口3、锂电池4、加热器5、风速仪6、集气罩7、排烟管道8、过滤器9、阀门10、抽气泵11、洗气罐12、摄影机13。

其中，进风口2设置在试验箱底部角落，出风口3设置在试验箱顶部角落，进风口和出风口均设置有风速仪6。摄像机设置在试验室外，镜头朝向锂电池；排烟系统集气罩设置在试验箱内，朝向锂电池。工作时，将锂电池放至底部中央位置。

在本实施例中，风速仪6的输出量程为0～20m/s，在进风口和出风口处各设置1个。摄影机13设置在距离试验室水平距离8m处，镜头透过观察窗，对着锂电池，拍摄速率为100fps，数量为1个。锂电池4燃烧产生的烟气依次通过集气罩7、排烟管道8、过滤器9、阀门10、抽气泵11、洗气罐12，从而实现烟气的快速排出和净化。抽气泵11的流量为50L/min；过滤器9内部填充物为球形碱性多孔材料，如CaCO₃、NaHCO₃颗粒等。锂电池4为方形袋状结构，通过加热器5加热着火。加热器5的功率为0～10kW。试验箱1内部空间为立方体，体积为3.375m³，试验箱1包含一个门和一个观察窗，门上设有把手和密封装置，观察窗的面积为1m²。

一种采用如图1所述装置的锂电池燃烧火焰高度的试验方法，其原理为：将固定模型的锂电池放置在试验箱内，开启摄像机，引燃锂电池，实时记录锂电池的燃烧过程，燃烧结束后，打开抽气泵，开始排烟。将锂电池的燃烧视频转换成图像，并用Matlab软件进行图像处理，从而得到锂电池燃烧的火焰高度。

具体包括如下步骤：

(1)将固定模型的锂电池放置在试验箱内，调整试验箱上进风口和出风口的开口面积；将用于记录锂电池燃烧过程的摄影机设置到相应位置。

(2)开启摄影机，引燃锂电池，关闭试验箱门，记录锂电池的燃烧过程；燃烧结束后，将进风口和出风口的开口面积调至最大，打开抽气泵，开始排烟。

(3)通过Adobe Premiere等软件将锂电池燃烧视频裁成适当画幅，并转换成图像。

(4)基于图像内固定参照物，标定图像的像素比例尺寸。

(5)通过Matlab软件，基于亮度指标，选取适当的亮度阙值，对图像进行二值化分割。

(6)通过Matlab软件，计算单幅图像亮度大于0像素中的最小垂直像素值，得到单幅像素火焰高度像素值。

(7)选择适当的锂电池燃烧图像区间，按步骤(4)所述方法，批量得到各图像火焰高度像素值。

(8)将各图像火焰高度像素值平均，再进行尺寸标定，即可得到锂电池燃烧的火焰高度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置，其特征在于：包括试验箱，在试验箱内设有加热器，且通过所述加热器引燃锂电池，在试验箱的一侧设有观察窗，在所述观察窗的外侧安装有用记录锂电池燃烧视频的摄像机，在试验箱的底部和顶部设有进风口或出风口，在所述进风口和出风口处均安装有风速仪，在试验箱的顶部设有排烟装置，排烟装置包括排烟管道，排烟管道的一端设有集气罩，且所述集气罩位于试验箱内加热器的上方，排烟管道的另一端与过滤器的一端连接，过滤器的另一端通过阀门与抽气泵的入口端连接，抽气泵的出口端连接有洗气罐。

2.根据权利要求1所述的用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置，其特征在于：所述摄像机与观察窗的距离为5～20m，摄像机的镜头正对锂电池。

3.根据权利要求1所述的用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置，其特征在于：所述过滤器的内部填充物为碱性多孔材料。

4.根据权利要求1所述的用于测试锂电池燃烧火焰高度的装置，其特征在于：所述试验箱还设有一用于打开或关闭试验箱的门，在门上设有门把手和密封装置。

5.一种用于测试锂电池燃烧火焰高度的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将固定模型的锂电池放置在试验箱内的加热器上，调整试验箱上进风口和出风口的开口面积，将用于记录锂电池燃烧过程的摄影机设置到相应位置；

2)开启摄影机，引燃锂电池，关闭试验箱门，拍摄锂电池的燃烧视频，燃烧结束后，将进风口和出风口的开口面积调至最大，打开抽气泵，开始排烟；

3)将锂电池的燃烧视频转换成图像，并用Matlab软件进行图像处理，计算锂电池燃烧的火焰高度。

6.根据权利要求5所述的用于测试锂电池燃烧火焰高度的方法，其特征在于：所述锂电池燃烧的火焰高度的计算步骤如下：

(1)通过视频编辑软件将锂电池燃烧视频裁成适当画幅，并转换成图像；

(2)基于图像内固定参照物，标定图像的像素比例尺寸；

(3)通过Matlab软件，基于亮度指标，选取适当的亮度阙值，对图像进行二值化分割；

(4)通过Matlab软件，计算图像像素亮度大于0中的最小垂直像素值，得到单幅图像火焰高度像素值；

(5)选择适当的锂电池燃烧图像区间，按步骤(4)所述方法，批量得到各图像火焰高度像素值；

(6)将各图像火焰高度像素值平均，再进行尺寸标定，即可得到锂电池燃烧的火焰高度。