CN106990205B - 电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置及试验方法。装有锂离子电池模组或电芯组的1号电池箱、2号电池箱和3号电池箱对应的推入1号电池箱舱、2号电池箱舱和3号电池箱舱内，电池箱的每组动力电缆引入5号电池箱舱内构成电缆模型，对1号电池箱内的锂离子电池模组或电芯组进行过充，至发生热失控释放出可燃气体后，引燃可燃气体；或通过汽油引燃电缆模型；烟气分析仪、数个热电偶树将采集到的信号传送到计算机终端；数个摄像头适时观察舱体内部电池箱、电缆模型的燃烧状态；计算机终端可以输出温度、气体浓度报表和曲线，用于进一步分析火灾发展蔓延规律，对于电动客车火灾预警技术的研究具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于消防试验测试领域，具体来说是一种电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置及试验方法。
背景技术
电动车作为一种新能源驱动交通工具，以其污染小、噪声低、能源效率高和能源来源多元化等优点备受青睐，成为现代汽车发展的大趋势。目前，电动汽车技术已经相对成熟，并已经在城市出租车、公交车上得到了逐步推广和应用，截止2016年9月，我国电动汽车保有量达到80多万辆。锂离子电池舱是电动汽车的关键系统，是汽车的动力源泉，在使用过程中，锂离子电池舱火灾时有发生，历次灭火扑救的经验反映，车用锂离子电池舱火灾燃烧特性和蔓延发展情况较为复杂，具有独特性。
针对电动汽车锂离子电池舱的火灾安全问题，我国相关研究机构开展了电动汽车用锂离子电池舱的燃烧特性研究，以期为电动汽车锂离子电池舱火灾扑救奠定基础，为相关标准和规范的制修订提供技术支持。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的状况，结合我国目前消防领域科研水平，提供一种电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置及试验方法，该装置能够模拟电动客车锂离子电池舱火灾场景，测量电池舱内温度分布、典型气体浓度变化，完成电动汽车锂离子电池舱的燃烧特性试验。
本发明为实现上述目的，是通过以下技术方案实现的：一种电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置及试验方法，其特征在于：包括试验舱体、1号电池箱、2号电池箱、3号电池箱、防爆灯、摄像头、热电偶树、烟气分析仪、电缆模型、电缆引燃油盘、电子点火器、锂离子电池模组或电芯组；
所述试验舱体为矩形密封舱体，试验舱体内部通过数根横梁和数根竖梁构成1号电池箱舱、2号电池箱舱、3号电池箱舱、4号电池箱舱、5号电池箱舱、6号电池箱舱，在每个电池箱舱对应的试验舱体顶部，分别开孔安装防火玻璃构成顶部观察窗，试验舱体顶部采用可掀起结构，试验舱体的前后面为气弹簧门，在气弹簧门设有门观察窗；
在试验舱体顶部梁上装有数个防爆灯，在1号电池箱舱、2号电池箱舱、3号电池箱舱、4号电池箱舱的上方均装有一个摄像头，数个热电偶构成热电偶树，在1号电池箱舱和3号电池箱舱之间，在2号电池箱舱和4号电池箱舱之间，在3号电池箱舱和5号电池箱舱之间，在5号电池箱舱内分别设有热电偶树，在1号电池箱舱一侧的试验舱体侧壁上端，设有烟气分析仪和电子点火器；
在1号电池箱舱、2号电池箱舱和3号电池箱舱内对应设有1号电池箱、2号电池箱和3号电池箱，在1号电池箱、2号电池箱和3号电池箱内分别装有锂离子电池模组或电芯组，锂离子电池模组或电芯组由数块锂离子电池或数块电芯构成，数块锂离子电池或数块电芯采用并联或串联方式构成一组动力电缆，动力电缆为非阻燃的电缆，在5号电池箱舱内悬挂有电缆模型，电缆模型采用三组动力电缆和数根非阻燃电缆盘在一起构成，在电缆模型下方设有电缆引燃油盘；
电路连接为，设置在试验舱体外的计算机终端通过视频采集卡与摄像头连接，计算机终端通过数据采集卡与热电偶树连接，计算机终端通过RS485接口与烟气分析仪连接。
一种电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置及试验方法的试验方法，其特征在于：步骤如下，
一．模拟电池过充引发火灾；
第一步，将试验舱体前后的气弹簧门打开，将分别装有锂离子电池模组或电芯组的1号电池箱、2号电池箱和3号电池箱对应的推入内1号电池箱舱、2号电池箱舱和3号电池箱舱内，将1号电池箱、2号电池箱和3号电池箱的每组动力电缆引入5号电池箱舱内，与数根非阻燃电缆盘在一起构成电缆模型，并悬挂在电缆引燃油盘上方，将试验舱体前后的气弹簧门关闭；
第二步，引燃电池箱试验；
电缆模型下部电缆引燃油盘内空置，通过充电器对1号电池箱内的锂离子电池模组或电芯组进行过充，待1号电池箱内锂离子电池模组或电芯组发生热失控释放出可燃气体后，停止充电，1min后，启动电子点火器，引燃可燃气体，烟气分析仪采集锂离子电池模组或电芯组热失控后所释放出的气体，通过烟气分析仪内置的电化学传感器分析气体浓度，同时将气体浓度信号通过RS485接口传送到计算机终端；数个热电偶树监测锂离子电池模组或电芯组表面温度变化及电池箱内、电池舱内的温度变化，将采集到的温度变化信号，通过数据采集卡传送到计算机终端；
数个摄像头适时观察舱体内部1号电池箱、2号电池箱、3号电池箱及电缆模型的燃烧状态，并通过视频采集卡将观察的影像传送到计算机终端；
试验过程中，所有采集的数据，最终显示在计算机终端上，并实时显示记录，包括记录的温度、气体浓度变化信号，1号电池箱的燃烧状态及燃烧蔓延情况，2号电池箱、3号电池箱、电缆模型被引燃情况，计算机终端可以输出温度、气体浓度报表和曲线，用于进一步分析火灾发展蔓延规律；
根据计算机终端获得的温度、气体浓度数据，以及燃烧状态和燃烧蔓延视频资料，可以分析在电池过充工况下，电动客车锂离子电池舱火灾发展蔓延规律；
二．模拟电池舱电缆短路引发火灾；
第一步，同模拟电池过充引发火灾第一步；
第二步，引燃电缆试验；
将试验舱体一侧的气弹簧门打开，将1.2L汽油注入电缆模型下部电缆引燃油盘内，点燃电缆引燃油盘内汽油，将试验舱体一侧的气弹簧门关闭，电缆引燃油盘内的汽油引燃电缆模型，通过烟气分析仪内置的电化学传感器分析气体浓度，同时将气体浓度信号通过RS485接口传送到计算机终端；数个热电偶树监测锂离子电池模组或电芯组表面温度变化及电池箱内、电池舱内的温度变化，将采集到的温度变化信号，通过数据采集卡传送到计算机终端；
数个摄像头适时观察舱体内部1号电池箱、2号电池箱、3号电池箱、电缆模型的燃烧状态，并通过视频采集卡将观察的影像传送到计算机终端；
试验过程中，所有采集的数据，最终显示在计算机终端上，并实时显示记录，包括记录的温度、气体浓度变化信号，1号电池箱的燃烧状态及燃烧蔓延情况，2号电池箱、3号电池箱、电缆模型被引燃情况，计算机终端可以输出温度、气体浓度报表和曲线，用于进一步分析火灾发展蔓延规律；
根据计算机终端获得的温度、气体浓度数据，以及燃烧状态和燃烧蔓延视频资料，可以分析在电池箱电缆短路工况下，电动客车锂离子电池舱火灾发展蔓延规律。
本发明的有益效果是：该装置采用等比例的电动客车锂离子电池舱模型，通过引燃不同燃烧物，研究整个电池舱燃烧特性及火灾发展蔓延规律，最大程度地模拟了电动客车锂离子电池舱在不同引燃条件下的真实燃烧场景，同时能够监测记录电池舱内可燃气体浓度、温度分布变化等一系列表征火灾发展特征的参数，观测火焰的发展蔓延过程及特定时刻火灾状态，该装置为电动客车火灾特性及电动客车灭火装置的研究提供了有效可靠的试验平台，同时试验所获取的可燃气体浓度、温度等试验数据，对于电动客车火灾预警技术的研究具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的侧视图；
图4为本发明试验舱体的结构示意图；
图5为本发明的电路连接框图。
图中：1、试验舱体；2、1号电池箱；3、2号电池箱；4、3号电池箱；5、防爆灯；6、摄像头；7、热电偶树；8、烟气分析仪；9、电缆模型；10、电缆引燃油盘；11、电子点火器；12、锂离子电池模组或电芯组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：
参照图1至图5，一种电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置，包括试验舱体1、1号电池箱2、2号电池箱3、3号电池箱4、防爆灯5、摄像头6、热电偶树7、烟气分析仪8、电缆模型9、电缆引燃油盘10、电子点火器11、锂离子电池模组或电芯组12。
试验舱体1为矩形密封舱体，试验舱体1内部通过数根横梁和数根竖梁构成1号电池箱舱1-1、2号电池箱舱1-2、3号电池箱舱1-3、4号电池箱舱1-4、5号电池箱舱1-5、6号电池箱舱1-6，在每个电池箱舱对应的试验舱体顶部，分别开孔安装防火玻璃构成顶部观察窗，试验舱体顶部采用可掀起结构，试验舱体1的前后面为气弹簧门1-7，在气弹簧门1-7设有门观察窗。
在试验舱体顶部梁上装有数个防爆灯5，在1号电池箱舱1-1、2号电池箱舱1-2、3号电池箱舱1-3、4号电池箱舱1-4的上方均装有一个摄像头6，数个热电偶构成热电偶树7，在1号电池箱舱1-1和3号电池箱舱1-3之间，在2号电池箱舱1-2和4号电池箱舱1-4之间，在3号电池箱舱1-3和5号电池箱舱1-5之间，在5号电池箱舱1-5内分别设有热电偶树7，在1号电池箱舱1-1一侧的试验舱体1侧壁上端，设有烟气分析仪8和电子点火器11。
在1号电池箱舱1-1、2号电池箱舱1-2和3号电池箱舱1-3内对应设有1号电池箱2、2号电池箱3和3号电池箱4，在1号电池箱2、2号电池箱3和3号电池箱4内分别装有锂离子电池模组或电芯组12，锂离子电池模组或电芯组12由数块锂离子电池或数块电芯构成，数块锂离子电池或数块电芯采用并联或串联方式构成一组动力电缆，动力电缆为非阻燃的电缆，在5号电池箱舱1-4内悬挂有电缆模型9，电缆模型9采用三组动力电缆和数根非阻燃电缆盘在一起构成，在电缆模型9下方设有电缆引燃油盘10。
电路连接为，设置在试验舱体1外的计算机终端通过视频采集卡与摄像头6连接，计算机终端通过数据采集卡与热电偶树7连接，计算机终端通过RS485接口与烟气分析仪8连接。
一种电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置的试验方法，步骤如下：
一．模拟电池过充引发火灾；
第一步，将试验舱体1前后的气弹簧门1-7打开，将分别装有锂离子电池模组或电芯组12的1号电池箱2、2号电池箱3和3号电池箱4对应的推入内1号电池箱舱1-1、2号电池箱舱1-2和3号电池箱舱1-3内，将1号电池箱2、2号电池箱3和3号电池箱4的每组动力电缆引入5号电池箱舱1-4内，与数根非阻燃电缆盘在一起构成电缆模型9，并悬挂在电缆引燃油盘10上方，将试验舱体1前后的气弹簧门1-7关闭。
第二步，引燃电池箱试验；
电缆模型9下部电缆引燃油盘10内空置，通过充电器对1号电池箱2内的锂离子电池模组或电芯组12进行过充，待1号电池箱2内锂离子电池模组或电芯组12发生热失控释放出可燃气体后，停止充电，1min后，启动电子点火器11，引燃可燃气体，通过烟气分析仪内置的电化学传感器分析气体浓度，同时将气体浓度信号通过RS485接口传送到计算机终端；数个热电偶树7监测锂离子电池模组或电芯组12表面温度变化及电池箱内、电池舱内的温度变化，将采集到的温度变化信号，通过数据采集卡传送到计算机终端；
数个摄像头6适时观察舱体内部1号电池箱2、2号电池箱3、3号电池箱4、电缆模型9的燃烧状态，并通过视频采集卡将观察的影像传送到计算机终端；
试验过程中，所有采集的数据，最终显示在计算机终端上，并实时显示记录，包括记录的温度、气体浓度变化信号，1号电池箱2的燃烧状态及燃烧蔓延情况，2号电池箱3、3号电池箱4、电缆模型9被引燃情况。
计算机终端可以输出温度、气体浓度报表和曲线，用于进一步分析火灾发展蔓延规律。
根据计算机终端获得的温度、气体浓度数据，以及燃烧状态和燃烧蔓延视频资料，可以分析在电池箱电缆短路工况下，电动客车锂离子电池舱火灾发展蔓延规律。
二．模拟电池舱电缆短路引发火灾；
第一步，同模拟电池过充引发火灾第一步。
第二步，引燃电缆试验；
将试验舱体1一侧的气弹簧门1-7打开，将1.2L汽油注入电缆模型9下部电缆引燃油盘10内，点燃电缆引燃油盘10内汽油，将试验舱体1一侧的气弹簧门1-7关闭，电缆引燃油盘10内的汽油引燃电缆模型9，通过烟气分析仪内置的电化学传感器分析气体浓度，同时将气体浓度信号通过RS485接口传送到计算机终端；数个热电偶树7监测锂离子电池模组或电芯组12表面温度变化及电池箱内、电池舱内的温度变化，将采集到的温度变化信号，通过数据采集卡传送到计算机终端；
数个摄像头6适时观察舱体内部1号电池箱、2号电池箱、3号电池箱、电缆模型9的燃烧状态，并通过视频采集卡将观察的影像传送到计算机终端；
试验过程中，所有采集的数据，最终显示在计算机终端上，并实时显示记录，包括记录的温度、气体浓度变化信号，1号电池箱2的燃烧状态及燃烧蔓延情况，2号电池箱3、3号电池箱4、电缆模型9被引燃情况。计算机终端可以输出温度、气体浓度报表和曲线，用于进一步分析火灾发展蔓延规律。
根据计算机终端获得的温度、气体浓度数据，以及燃烧状态和燃烧蔓延视频资料，可以分析在电池箱电缆短路工况下，电动客车锂离子电池舱火灾发展蔓延规律。
本实施例中防爆灯5为2个，摄像头6为4个，热电偶树7为4个。
Claims (2)
1.一种电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置，其特征在于：包括试验舱体（1）、1号电池箱（2）、2号电池箱（3）、3号电池箱（4）、防爆灯（5）、摄像头（6）、热电偶树（7）、烟气分析仪（8）、电缆模型（9）、电缆引燃油盘（10）、电子点火器（11）、锂离子电池模组或电芯组（12）；
所述试验舱体（1）为矩形密封舱体，试验舱体（1）内部通过数根横梁和数根竖梁构成1号电池箱舱（1-1）、2号电池箱舱（1-2）、3号电池箱舱（1-3）、4号电池箱舱（1-4）、5号电池箱舱（1-5）、6号电池箱舱（1-6），在每个电池箱舱对应的试验舱体顶部，分别开孔安装防火玻璃构成顶部观察窗，试验舱体顶部采用可掀起结构，试验舱体（1）的前后面为气弹簧门（1-7），在气弹簧门（1-7）设有门观察窗；
在试验舱体顶部梁上装有数个防爆灯（5），在1号电池箱舱（1-1）、2号电池箱舱（1-2）、3号电池箱舱（1-3）、4号电池箱舱（1-4）的上方均装有一个摄像头（6），数个热电偶构成热电偶树（7），在1号电池箱舱（1-1）和3号电池箱舱（1-3）之间，在2号电池箱舱（1-2）和4号电池箱舱（1-4）之间，在3号电池箱舱（1-3）和5号电池箱舱（1-5）之间，在5号电池箱舱（1-5）内分别设有热电偶树（7），在1号电池箱舱（1-1）一侧的试验舱体（1）侧壁上端，设有烟气分析仪（8）和电子点火器（11）；
在1号电池箱舱（1-1）、2号电池箱舱（1-2）和3号电池箱舱（1-3）内对应设有1号电池箱（2）、2号电池箱（3）和3号电池箱（4），在1号电池箱（2）、2号电池箱（3）和3号电池箱（4）内分别装有锂离子电池模组或电芯组（12），锂离子电池模组或电芯组（12）由数块锂离子电池或数块电芯构成，数块锂离子电池或数块电芯采用并联或串联方式构成一组动力电缆，动力电缆为非阻燃的电缆，
在5号电池箱舱（1-5）内悬挂有电缆模型（9），电缆模型（9）采用三组动力电缆和数根非阻燃电缆盘在一起构成，在电缆模型（9）下方设有电缆引燃油盘（10）；
电路连接为，设置在试验舱体（1）外的计算机终端通过视频采集卡与摄像头（6）连接，计算机终端通过数据采集卡与热电偶树（7）连接，计算机终端通过RS485接口与烟气分析仪（8）连接。
2.一种采用权利要求1所述的电动客车锂离子电池舱实体火灾模拟试验装置的试验方法，其特征在于：步骤如下，
一．模拟电池过充引发火灾；
第一步，将试验舱体（1）前后的气弹簧门（1-7）打开，将分别装有锂离子电池模组或电芯组（12）的1号电池箱（2）、2号电池箱（3）和3号电池箱（4）对应的推入内1号电池箱舱（1-1）、2号电池箱舱（1-2）和3号电池箱舱（1-3）内，将1号电池箱（2）、2号电池箱（3）和3号电池箱（4）的每组动力电缆引入5号电池箱舱（1-5）内，与数根非阻燃电缆盘在一起构成电缆模型（9），并悬挂在电缆引燃油盘（10）上方，将试验舱体（1）前后的气弹簧门（1-7）关闭；
第二步，引燃电池箱试验；
电缆模型（9）下部电缆引燃油盘（10）内空置，通过充电器对1号电池箱（2）内的锂离子电池模组或电芯组（12）进行过充，待1号电池箱（2）内锂离子电池模组或电芯组（12）发生热失控释放出可燃气体后，停止充电，1min后，启动电子点火器（11），引燃可燃气体，烟气分析仪（8）采集锂离子电池模组或电芯组（12）热失控后所释放出的气体，通过烟气分析仪（8）内置的电化学传感器分析气体浓度，同时将气体浓度信号通过RS485接口传送到计算机终端；数个热电偶树（7）监测锂离子电池模组或电芯组（12）表面温度变化及电池箱内、电池舱内的温度变化，将采集到的温度变化信号，通过数据采集卡传送到计算机终端；
数个摄像头（6）适时观察舱体内部1号电池箱（2）、2号电池箱（3）、3号电池箱（4）及电缆模型（9）的燃烧状态，并通过视频采集卡将观察的影像传送到计算机终端；
试验过程中，所有采集的数据，最终显示在计算机终端上，并实时显示记录，包括记录的温度、气体浓度变化信号，1号电池箱（2）的燃烧状态及燃烧蔓延情况，2号电池箱（3）、3号电池箱（4）、电缆模型（9）被引燃情况，计算机终端可以输出温度、气体浓度报表和曲线，用于进一步分析火灾发展蔓延规律；
根据计算机终端获得的温度、气体浓度数据，以及燃烧状态和燃烧蔓延视频资料，可以分析在电池过充工况下，电动客车锂离子电池舱火灾发展蔓延规律；
二．模拟电池舱电缆短路引发火灾；
第一步，同模拟电池过充引发火灾第一步；
第二步，引燃电缆试验；
将试验舱体（1）一侧的气弹簧门（1-7）打开，将1.2L汽油注入电缆模型（9）下部电缆引燃油盘（10）内，点燃电缆引燃油盘（10）内汽油，将试验舱体（1）一侧的气弹簧门（1-7）关闭，电缆引燃油盘（10）内的汽油引燃电缆模型（9），通过烟气分析仪（8）内置的电化学传感器分析气体浓度，同时将气体浓度信号通过RS485接口传送到计算机终端；数个热电偶树（7）监测锂离子电池模组或电芯组（12）表面温度变化及电池箱内、电池舱内的温度变化，将采集到的温度变化信号，通过数据采集卡传送到计算机终端；
数个摄像头（6）适时观察舱体内部1号电池箱、2号电池箱、3号电池箱、电缆模型（9）的燃烧状态，并通过视频采集卡将观察的影像传送到计算机终端；
试验过程中，所有采集的数据，最终显示在计算机终端上，并实时显示记录，包括记录的温度、气体浓度变化信号，1号电池箱（2）的燃烧状态及燃烧蔓延情况，2号电池箱（3）、3号电池箱（4）、电缆模型（9）被引燃情况，计算机终端可以输出温度、气体浓度报表和曲线，用于进一步分析火灾发展蔓延规律；
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| Title |
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| 电动自行车用锂离子电池组过充现象研究;孙延先等;《当代化工》;20150930;第44卷(第9期);第2103-2105页 |
| 锂离子储能电池热失控检测实验平台设计研究;刘曙光等;《储能科学与科技》;20140901;第3卷(第5期);第471-479页 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106990205A (zh) | 2017-07-28 |
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