CN110068763A - 一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，包括灭火系统、热安全性能评估系统、火灾早期预警系统；灭火系统包括灭火装置、灭火效能评价机构；灭火装置包括在封闭状态下的模拟电池箱内固定的多种灭火机构；灭火效能评价机构包括固定在受试电池周边的温度传感器；温度传感器与用户端通信；火灾早期预警系统包括固定在模拟电池箱内不同高度的探测器，多个探测器通过数据模块与用户端通信；热安全性能评估系统采集烟气进行分析。本发明提供的平台集合热安全性能评估、灭火系统测试及火灾早期预警系统，结构简单，易于组装维修，测试过程直观，数据准确。模拟电池箱具有高强防护的功能的同时还能提供开放和封闭两种环境需求。
Description
技术领域
本发明涉及电池安全性能测试技术领域，具体来说是一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台。
背景技术
随着新能源汽车、电动车行业的快速发展，电池容量越来越大，由于电池而引发的火灾事故也越来越多，电池的热安全性受到了广泛关注，同时如何快速的探测和扑灭电池火灾也成为了火灾安全领域的重要课题。当前针对于电池火灾安全的研究中，各类电池的火灾安全性评价尚不全面。在专利方面，相关发明或实用新型专利有：杨凯等发明了一种锂离子电池安全灭火系统及方法(申请号201810790366.1)，可实现电池状态参数的监测，当达到预设触发条件时即可进行灭火处理，但是并不能实现不同类型灭火系统的灭火效能检测；金慧芬等发明了一种锂离子电池热安全性能预测方法(申请号200610130589.2)，在提供实际电池的情况下，通过测试少了正负极和电解液样品，推理反应机理，利用机理函数并结合材料的物料性质参数，建立一种描述电池颞部热量的产生和流向的数学模型。其并不能检测电池在受热情况下的热辐射范围、产生的烟气组分等。综上，现有技术中，缺乏对电池进行热安全性能评估、不同介质的灭火效能及火灾早期预警的综合性检测平台。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中缺少对各类型电池热安全性评价和消防措施效能的试验装置，提供一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台。
本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：
一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，包括用户端、加热装置、模拟电池箱(13)、灭火系统、热安全性能评估系统、火灾早期预警系统；
所述模拟电池箱(13)具有封闭和开放两种状态；加热装置放置在模拟电池箱(13)内，受试电池固定在加热装置上方；
所述灭火系统包括灭火装置、灭火效能评价机构；所述灭火装置包括在封闭状态下的模拟电池箱(13)内固定的多种灭火机构；灭火效能评价机构包括固定在受试电池周边的温度传感器；所述温度传感器与用户端通信；
所述火灾早期预警系统包括固定在模拟电池箱(13)内不同高度的探测器，多个探测器通过数据模块与用户端通信；
所述热安全性能评估系统包括集烟装置、烟气数据采集装置、热辐射数据采集装置；在模拟电池箱(13)开放状态下，所述加热装置对受试电池进行加热，集烟装置收集受试电池受热后释放的烟气；所述集烟装置开设有与烟气数据采集装置连通的第一采集口(701)，烟气数据采集装置通过第一采集口(701)采集烟气；所述烟气数据采集装置对采集的烟气进行处理并将数据发送给用户端，热辐射数据采集装置设置在受试电池至少水平和竖直两个方向上采集热辐射数据并发送给用户端。
优选的，所述灭火装置包括管网式灭火机构和悬挂式灭火机构；所述管网式灭火机构包括灭火管网(1413)、储气瓶(1401)、灭火介质喷口、流量计、阀门；所述灭火管网(1413)包括主管网和多个支管网；所述储气罐通过主管网与多个支管网连通，多个支管网分别从不同高度穿入至模拟电池箱(13)内，多个支管网上分别设置有灭火介质喷口、流量计、阀门；所述介质喷口处于模拟电池箱(13)内，流量计、阀门处于模拟电池箱(13)外，流量计处于阀门的上游。
优选的，所述温度传感器有多个，分布在受试电池边上的不同高度上，多个温度传感器与用户端通信。
优选的，所述温度传感器为热电偶，多个热电偶通过补偿导线连接至温度模块，所述温度模块与用户端通信。
优选的，所述探测器为温度探测器或感烟探测器或气体探测器，或其中任意两种组合。
优选的，所述集烟装置包括集烟罩、排烟管道、排风机；所述集烟罩通过排烟管道与排风机相连；所述集烟罩处于模拟电池箱(13)的上方；所述第一采集口(701)开设在排烟管道上。
优选的，所述烟气数据采集装置流量计、第一气泵(703)、气体分析仪；通过管路将气体第一采集口(701)、流量计、第一气泵(703)、气体分析仪依次连接；所述气体分析仪与用户端通信。
优选的，所述热安全性能评估系统还包括离线测量气体采集装置；在所述排烟管道上还开设有第二采集口(801)；在所述离线测量气体采集装置包括第二气泵(802)、采样袋(804)；通过管道将第二采集口(801)、第二气泵(802)、采样袋(804)依次连接。
优选的，所述热辐射数据采集装置包括辐射热流计(901)、采集模块；在受试电池的侧方和上方由近及远依次设置多个辐射热流计(901)，多个辐射热流计(901)分别与采集模块连接，采集模块将采集到的数据发送给用户端。
优选的，所述热辐射数据采集装置还包括分别设置咋受试电池侧向水平布置和上方竖向布置的两束热电偶，两束热电偶通过温度数据采集模块与用户端通信。
优选的，：所述模拟电池箱(13)包括防护架(2)、密封板(16)，所述防护架(2)为采用钢材焊接而成的立方体钢骨架；所述密封板(16)可拆卸的固定在钢骨架侧壁及顶壁，形成密封状态。
本发明的优点在于：
本发明提供的平台集合热安全性能评估、灭火系统测试及火灾早期预警系统，结构简单，易于组装维修，测试过程直观，数据准确。模拟电池箱具有开放和封闭两种状态，具有高强防护功能的同时还能提供不同环境的需求，实现针对不同类型电池、不同性能的测试需求。
电池热安全性测试试验，获得不同类型电池各类加热环境下的火灾危险性，并评价各类探测和灭火措施在电池火灾防控中的有效性，对于认识电池火灾发生机理和发展规律，提高电池的热安全性具有重要意义。
本发明中电池热热安全性能评估系统可实现不同加热条件下，通过集烟装置采集不同时间段的烟气，通过辐射热流计获得热辐射范围数据，从而实现电池爆燃危险性的评价与分析，可获得热释放速率、毒气释放量等危害性表征关键参数。
本发明中电池灭火系统通过设置的不同类型灭火系统，以及同种类型灭火系统的不同高度设置，可实现不同类型灭火系统的灭火效能检测，包括管网式灭火系统、悬挂式灭火系统等。
本发明中电池火灾早期预警系统通过探测器为温度探测器或感烟探测器或气体探测器探测模拟电池箱内当前温度或气体信息，可实现不同类型探测系统的电池火灾早期探测效能检测。
附图说明
图1为本发明检测平台实施例的结构示意图；
图2为本发明检测平台中模拟电池箱封闭用部件的结构示意图。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1所示，一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，包括用户端、加热盘、模拟电池箱、灭火系统、热安全性能评估系统、火灾早期预警系统、移动支架4。
移动支架4安装有万向轮，可以随机移动。模拟电池箱13固定在移动支架上，试验中将模拟电池箱13移动至集烟罩正下方，并开启加热盘对电池持续加热，直至其发生爆燃。
模拟电池箱13可实现封闭和开放两种状态，以满足不同的测试需求。具体实现结构为：
如图2所示，模拟电池箱13包括防护架2、密封板16、固定架18，防护架2起到电池爆燃防护作用，主要采用型钢焊接而成的镂空网格钢骨架，防止电池爆燃时飞溅碎片对周围人员或设备造成损伤。钢骨架采用横纵筋焊接而成，形成方形镂空，密封板16为不锈钢板，每块不锈钢板与每个镂空空格形状配合封闭固定。每一个镂空空格位置四角均设置有四个螺丝孔1909、1910、1911、1912，用于固定不锈钢板16，不锈钢板16四周贴敷有柔性密封条17，四角相同位置处也设置有四个螺丝孔1905、1906、1907、1908，在进行改造时，将不锈钢板16贴附于防护架2空格处，并将固定架18覆盖于不锈钢板上，将电池爆燃防护架2、不锈钢板16和固定架18的螺丝孔对齐，利用螺丝进行固定和密封，使电池爆燃防护架2变成密闭的模拟电池箱13。部分不锈钢板16上预留可封闭的管线插入孔，用于在电池箱内布置各类探测和灭火测试系统。受试电池1及加热盘3放置于模拟电池箱13底部正中央处。
当需要开放状态下使用是，直接采用防护架2即可，需要封闭测试环境，则依次装上不锈钢板和固定架18即可。
加热装置放置在模拟电池箱13内，加热盘一般采用电阻丝发热，对受试电池进行加热。根据需求，可以对电池的不同部位进行加热，本实施例采用将受试电池放置在加热装置的上方，对其底部进行加热的方式进行测试。
灭火系统需要在模拟电池封闭状态下进行测试。灭火系统包括灭火装置、灭火效能评价机构。
灭火装置包括管网式灭火测试系统和悬挂式灭火测试系统，管网式灭火测试系统可用于检测细水雾、泡沫等灭火系统的有效性，悬挂式灭火系统可用于检测超细干粉(便于清理)等灭火系统的有效性。本实施例的管网式灭火测试系统由灭火管网1413、储气瓶1401、1402、灭火介质喷口1414、1415、1416以及主管网和三根支管网上所设置的流量计1403、1404、1405、1406、1407、阀门1408、1409、1410、1411、1412组成。三根支管按照不同高度穿过模拟电池箱13进入封闭腔体内，每个支管处于模拟电池箱13内的端部设有有一个喷口，每个喷口所连接的支管网上各设置有一个阀门，阀门处于模拟电池箱13外在试验中可以通过阀门控制不同喷口的启闭，从而分析不同灭火介质释放高度对灭火效果的影响。悬挂式灭火系统测试试验中，灭火剂储罐悬1501、1502挂于电池箱顶部的挂钩处，火灾中可以自动或者通过外部装置手动开启。
灭火效能评价机构对不同灭火机构的效果进行测试，主要通过受试电池附近的温度测量值进行表征。包括多个设置在电池1附件的热电偶束1004，通过补偿导线连接至温度模块1003上，温度模块1003将热电偶信息转换成温度信息发送给用户端。热电偶束1004可固定在防护架2上，或在电池箱内通过其他配件固定。当电池受热燃烧后，附近温度会逐渐升高，释放灭火剂后空间温度会逐渐降低，灭火时温度会出现突降。因此通过温度曲线即可判定熄火时间。多个热电偶束设置高度不同，从而检测电池附件不同高度的温度，以对灭火效能进行多级检测。多个热电偶束采用常规的固定方式，便于拆卸更换即可。多个热电偶根据检测需要进行不同高度的设置。
火灾早期预警系统包括固定在模拟电池箱内不同高度的探测器，探测器为温度探测器或感烟探测器或气体探测器，或其中任意两种组合。多个探测器通过数据模块1603与用户端通信。电池箱内两个不同高度处各设置有一个探测器安装口1601、1602，在探测器安装口1601、1602处安装探测器，探测器与数据模块1603连接，数据模块1603与用户端连接。试验中一旦探测器报警，报警信号将通过信号传输线路及数据模块1603输入并记录报警信号和时间，用户端显示报警信号和时间，可用于检测不同高度处探测器对于电池火灾的早期探测效果。
热安全性能评估系统在模拟电池箱开放状态下进行测试，即将模拟电池箱外部的密封板16拆除，保留防护架2，将受试电池和加热装置放置在防护架2内。热安全性能评估系统包括集烟装置、烟气数据采集装置、离线测量气体采集装置、热辐射数据采集装置；加热装置对受试电池进行加热，集烟装置收集受试电池受热后释放的烟气。
集烟装置包括集烟罩5、排烟管道6、排风机(图中未示出)；集烟罩5通过排烟管道6与排风机相连；集烟罩5处于模拟电池箱的上方。排烟管道6上设置有第一采集口701和第二采集口801。
烟气数据采集装置包括流量计702、第一气泵703、气体分析仪704；通过管路将第一采集口701、流量计702、第一气泵703、气体分析仪704依次连接；气体分析仪704将分析结果发送给用户端。利用的是氧耗法原理，试验中利用集烟罩5收集电池爆燃所产生的烟气，并通过排烟管道6抽出，在排烟管道6的直管段上设置第一采集口701，第一采集口701通过气体采集管路与第一气泵703相连接，在试验中采集并测量检测气体样本，并通过流量计702测量气体流量，采集的气体样本实时输入气体分析仪704中，基于氧耗法原理，即对于大多数可燃物，每消耗1kg氧气所释放出的热量为13.1MJ，气体分析仪可测量并计算得到试验中不同时刻的热释放速率，并将数据输入处理器11，可在显示器12上实时检测热释放速率随时间变化曲线。热释放速率计算所需气体主要包括氧气、一氧化碳和二氧化碳。
气体分析仪704对采集的气体进行热释放速率的测算，测算公式为：
其中，为热释放速率kW，E为每消耗1kg氧气所释放的热量，和分别为初始空气和燃烧后气体中氧气的质量流率kg/s。
离线测量气体采集装置包括第二气泵802、采样袋804；通过管道将第二采集口801、第二气泵802、采样袋804依次连接。以完成采集气体样本，送检理化中心，从而测得燃烧过程中所产生的氯化物、硫化物等难于在线实时测量的火灾气体浓度。。
第一气泵703和第二气泵802的启闭根据实际测试需要，人工控制即可。
热辐射数据采集装置包括辐射热流计901、辐射热流计采集模块902；在受试电池的侧方和上方由近及远依次设置多个辐射热流计901，多个辐射热流计901分别与辐射热流计采集模块902连接，辐射热流计采集模块902将采集到的数据发送给用户端。
热辐射数据采集装置还包括分别设置在受试电池侧向水平布置的和上方竖向布置的两束热电偶1001、1002，两束热电偶1001、1002通过补偿导线与温度模块1003连接，温度模块1003将采集到的数据发送给用户端。防护架2外不同位置处设置有三个辐射热流计，试验中将测量信号传输至温度模块1003处，转换后即可得到与爆燃电池不同距离处所接收到的辐射热通量，并可将测得数值实时传输至处理器11上，在显示器12处可获得辐射热通量变化曲线。
用户端包括处理器11和显示器12，处理器11分别与温度模块1003、辐射热流计采集模块902、数据模块1603通信，获取各项采集数据，并进行数据存储等处理动作，然后将结果显示在显示器12上。
具体工作中，当进行电池探测灭火系统检测试验和火灾早期预警系统测试时，首先将模拟电池箱组装封闭，部分管网需要穿过不锈钢板，所以需要重新安装。待一切安装就绪后，打开加热装置，对电池进行加热。火灾早期预警系统中的各个探测器开始探测不同高度的温度，如果温度达到阈值，则发出报警信号，并在显示器中显示。继续对电池加热，直至电池着火，此时启动其中一种灭火器的其中一个高度喷口，对燃烧状态下的电池进行灭火，以此类推，每次测试都选择不同介质、高度的灭火系统，通过设置在电池边上不同高度的多个热电偶进行温度采集，从而分析不同灭火介质释放高度对灭火效果的影响。
如果进行热安全性能评估系统，则需要将模拟电池箱的密封板拆除，达到敞开状态。然后开启加热装置对电池进行加热，电池受热释放气体，根据检测需要，启动第一气泵或第二气泵，或2个气泵同时启动，对采集的气体进行分析。同时，通过水平和竖直方向上的多个热辐射流计采集到电池不同距离处所接收到的辐射热通量，并可将测得数值实时传输至处理器上，在显示器处可获得辐射热通量变化曲线。
以上显示和描述了本发明的基本原理、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的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：包括用户端、加热装置、模拟电池箱(13)、灭火系统、热安全性能评估系统、火灾早期预警系统；
所述模拟电池箱(13)具有封闭和开放两种状态；加热装置放置在模拟电池箱(13)内，受试电池固定在加热装置上方；
所述灭火系统包括灭火装置、灭火效能评价机构；所述灭火装置包括在封闭状态下的模拟电池箱(13)内固定的多种灭火机构；灭火效能评价机构包括固定在受试电池周边的温度传感器；所述温度传感器与用户端通信；
所述火灾早期预警系统包括固定在模拟电池箱(13)内不同高度的探测器，多个探测器通过数据模块与用户端通信；
所述热安全性能评估系统包括集烟装置、烟气数据采集装置、热辐射数据采集装置；在模拟电池箱(13)开放状态下，所述加热装置对受试电池进行加热，集烟装置收集受试电池受热后释放的烟气；所述集烟装置开设有与烟气数据采集装置连通的第一采集口(701)，烟气数据采集装置通过第一采集口(701)采集烟气；所述烟气数据采集装置对采集的烟气进行处理并将数据发送给用户端，热辐射数据采集装置设置在受试电池至少水平和竖直两个方向上采集热辐射数据并发送给用户端。
2.根据权利要求1所述的一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：所述灭火装置包括管网式灭火机构和悬挂式灭火机构；所述管网式灭火机构包括灭火管网(1413)、储气瓶(1401)、灭火介质喷口、流量计、阀门；所述灭火管网(1413)包括主管网和多个支管网；所述储气罐通过主管网与多个支管网连通，多个支管网分别从不同高度穿入至模拟电池箱(13)内，多个支管网上分别设置有灭火介质喷口、流量计、阀门；所述介质喷口处于模拟电池箱(13)内，流量计、阀门处于模拟电池箱(13)外，流量计处于阀门的上游。
3.根据权利要求2所述的一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：所述温度传感器有多个，分布在受试电池边上的不同高度上，多个温度传感器与用户端通信。
4.根据权利要求3所述的一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：所述温度传感器为热电偶，多个热电偶通过补偿导线连接至温度模块，所述温度模块与用户端通信。
5.根据权利要求1所述的一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：所述探测器为温度探测器或感烟探测器或气体探测器，或其中任意两种组合。
6.根据权利要求1所述的一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：所述集烟装置包括集烟罩、排烟管道、排风机；所述集烟罩通过排烟管道与排风机相连；所述集烟罩处于模拟电池箱(13)的上方；所述第一采集口(701)开设在排烟管道上。
7.根据权利要求6所述的一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：所述烟气数据采集装置流量计、第一气泵(703)、气体分析仪；通过管路将气体第一采集口(701)、流量计、第一气泵(703)、气体分析仪依次连接；所述气体分析仪与用户端通信。
8.根据权利要求1或6或7任一所述的一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：所述热安全性能评估系统还包括离线测量气体采集装置；在所述排烟管道上还开设有第二采集口(801)；在所述离线测量气体采集装置包括第二气泵(802)、采样袋(804)；通过管道将第二采集口(801)、第二气泵(802)、采样袋(804)依次连接。
9.根据权利要求1或6或7任一所述的一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：所述热辐射数据采集装置包括辐射热流计(901)、采集模块；在受试电池的侧方和上方由近及远依次设置多个辐射热流计(901)，多个辐射热流计(901)分别与采集模块连接，采集模块将采集到的数据发送给用户端；所述热辐射数据采集装置还包括分别设置受试电池侧向水平布置和上方竖向布置的两束热电偶，两束热电偶通过温度数据采集模块与用户端通信。
10.根据权利要求1至6任所述的一种电池热安全性能及灭火系统综合检测平台，其特征在于：所述模拟电池箱(13)包括防护架(2)、密封板(16)，所述防护架(2)为采用钢材焊接而成的立方体钢骨架；所述密封板(16)可拆卸的固定在钢骨架侧壁及顶壁，形成密封状态。
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