CN110687246A - 一种用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置与方法 - Google Patents

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张磊
黄昊
张永丰
曹丽英
顾海昕
包任烈
胡成
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Shanghai Fire Research Institute of MEM
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Abstract

本发明涉及一种用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，包括高压容器；所述高压容器外接诱导接线柱、真空泵、真空表、气体灭火剂进样口、液体灭火剂注射口、空气进气口、压力传感器；高压容器内部设有点火电极；所述诱导接线柱用于外接电源，用于连通内部的锂电池或对锂电池加热的加热器；所述真空泵用于对高压容器抽真空。本发明通过该实验装置，可以对开展特定锂电池与特定灭火剂的灭火浓度的实验；最终对特定锂电池充电爆燃、锂电池遇明火爆燃的状态，与特定灭火剂所需灭火浓度之间的关联性进行了验证和评价，有助于对锂电池火灾的研究和防范。

Description

一种用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置与方法
技术领域
本发明涉及一种测试和评价灭火浓度的方法，具体来说，是一种用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置与方法，属于锂电池火灾安全领域。
背景技术
锂电池以其清洁、高效、可重复利用等优点，现已广泛应用于电动汽车、电动自行车、手机、笔记本电脑、充电宝等新能源交通工具及设备中，如在电动汽车领域，2016年对车载动力锂电池的需求约为2000万kWh，而到2020年，预计将达5000万kWh。然而，随着电动汽车、电动自行车、手机等行业的迅速发展，与之相关的火灾事故却频繁发生，通过公安消防部门会同相关技术专家联合开展调查，发现其中大部分火灾均发生在充电期间，且与锂电池的热失控有关。
锂电池火灾具有燃烧速度快、燃烧强度大、产生大量有毒可燃烟气、存在爆炸的风险等特点，这个锂电池火灾的有效扑救造成了巨大困难。
灭火浓度设计是火灾有效扑救的基础，目前，国内外关于锂电池火灾灭火浓度的研究暂处于空白阶段，在实际锂电池场所消防系统设计场景中，存在灭火浓度设计不足，导致灭火效果不佳、甚至无法有效灭火。
开展锂电池火灾灭火浓度测试与研究，建立气体灭火剂、液体灭火剂等常用灭火剂对锂电池火灾的灭火浓度测试方法与装置，可为锂电池应用场所的消防系统设计奠定基础，保障灭火效能，减少人员和财产损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置与方法，通过该实验装置，可以对开展特定锂电池与特定灭火剂的灭火浓度的实验，最终对特定锂电池充电爆燃、锂电池遇明火爆燃的状态与特定灭火剂所需灭火浓度之间的关联性。有助于对锂电池火灾的研究和防范。
本发明采取以下技术方案：
一种用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，包括高压容器1；所述高压容器1外接诱导接线柱3、真空泵4、真空表5、气体灭火剂进样口6、液体灭火剂注射口7、空气进气口8、压力传感器9；高压容器1内部设有点火电极10；所述诱导接线柱3用于外接电源，用于连通内部的锂电池或对锂电池加热的加热器；所述真空泵4用于对高压容器1抽真空。
优选的，所述高压容器1上还设有观察窗2。
优选的，所述观察窗2为耐高温材质。
优选的，所述点火电极10外接点火器。
优选的，所所述压力传感器9外接压力检测器。
优选的，所述高压容器1采用高强度金属材料加工而成，耐压强度至少为10MPa。
优选的，所述诱导接线柱工作电流范围为0-100A，可满足锂电池加热或过充电时的电路要求。
优选的，所述真空表的量程为-101.325kPa—0kPa，精度至少为0.1kPa；压力监测器的量程为0kPa—1000kPa，精度至少为1kPa；所述点火电极10的点火电压为10kV—15kV。
一种上述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置的测试方法，包括以下步骤：
S1、将锂电池放置于高压容器1中，将电加热板电源线或锂电池过充电线路与诱导接线柱3连接；
S2、密封高压容器1，打开真空泵4，抽至容器的真空度达到设定数值，停泵，观察真空表读数，5min内压升不大于50Pa；
S3、视情况通过气体灭火剂进样口6或液体灭火剂注射口7加入灭火剂，并基于分压法，通过真空表5读数监测灭火剂的浓度；
S4、待灭火剂浓度达到预设值后，打开空气进气口8，使高压容器1内恢复常压；
S5、打开加热或过充电电源，直到锂电池热失控，若锂电池不出现明火，则启动点火电极，以1Hz的频率持续点火；
S6、实时监测压力传感器9的数值，高压容器内的爆压不大于20kPa，则降低灭火剂浓度预设值，反之则提高灭火剂浓度预设值，然后重复步骤S1-S5；
S7、若高压容器内爆压大于与不大于20kPa的灭火剂浓度差小于0.1％，则实验结束，爆压不大于20kPa的灭火剂浓度即为锂电池火灾的灭火浓度。
在本方案中，所述的灭火浓度，采用达到设定压力值的准真空状态下，加入灭火剂后的负压值来表征。
本发明的有益效果在于：
1)通过该实验装置，可以对开展特定锂电池与特定灭火剂的灭火浓度的实验；
2)最终对特定锂电池充电爆燃、锂电池遇明火爆燃的状态，与特定灭火剂所需灭火浓度之间的关联性进行了验证和评价。有助于对锂电池火灾的研究和防范。
3)结构简单，实施方便，功能全面；诱导接线柱可以用于对锂电池进行充电，也可以用于对加热板进行加热，从而对锂电池进行加热，设计巧妙。
附图说明
图1是本发明用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置的结构示意图。
图中，1.高压容器，2.观察窗，3.诱导接线柱，4.真空泵，5.真空表，6.气体灭火剂进样口，7.液体灭火剂注射口，8.空气进气口，9.压力传感器，10.点火电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参见图1，一种用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，包括高压容器1；所述高压容器1外接诱导接线柱3、真空泵4、真空表5、气体灭火剂进样口6、液体灭火剂注射口7、空气进气口8、压力传感器9；高压容器1内部设有点火电极10；所述诱导接线柱3用于外接电源，用于连通内部的锂电池或对锂电池加热的加热器；所述真空泵4用于对高压容器1抽真空。
在此实施例中，参见图1，所述高压容器1上还设有观察窗2。
在此实施例中，所述观察窗2为耐高温材质。
在此实施例中，参见图1，所述点火电极10外接点火器，附图未对点火器进行展示。
在此实施例中，参见图1，所所述压力传感器9外接压力检测器。附图未对压力检测器进行展示。
在此实施例中，所述高压容器1采用高强度金属材料加工而成，耐压强度至少为10MPa。
在此实施例中，所述诱导接线柱工作电流范围为0-100A，可满足锂电池加热或过充电时的电路要求。
在此实施例中，参见图1，所述真空表5的量程为-101.325kPa—0kPa，精度至少为0.1kPa；压力监测器的量程为0kPa—1000kPa，精度至少为1kPa；所述点火电极10的点火电压为10kV—15kV。
上述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置具体进行测试时，包括以下步骤：
S1、将锂电池放置于高压容器1中，将电加热板电源线或锂电池过充电线路与诱导接线柱3连接；
S2、密封高压容器1，打开真空泵4，抽至容器的真空度达到设定数值，停泵，观察真空表读数，5min内压升不大于50Pa；
S3、视情况通过气体灭火剂进样口6或液体灭火剂注射口7加入灭火剂，并基于分压法，通过真空表5读数监测灭火剂的浓度；
S4、待灭火剂浓度达到预设值后，打开空气进气口8，使高压容器1内恢复常压；
S5、打开加热或过充电电源，直到锂电池热失控，若锂电池不出现明火，则启动点火电极，以1Hz的频率持续点火；
S6、实时监测压力传感器9的数值，高压容器内的爆压不大于20kPa，则降低灭火剂浓度预设值，反之则提高灭火剂浓度预设值，然后重复步骤S1-S5；
S7、若高压容器内爆压大于与不大于20kPa的灭火剂浓度差小于0.1％，则实验结束，爆压不大于20kPa的灭火剂浓度即为锂电池火灾的灭火浓度。
需要说明的是，所述的灭火浓度，采用达到设定压力值的准真空状态下，加入灭火剂后的负压值来表征。抽真空系统由真空泵、管道、阀门组成，抽真空时，真空度设定为至少为667Pa。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，其特征在于：
包括高压容器(1)；所述高压容器(1)外接诱导接线柱(3)、真空泵(4)、真空表(5)、气体灭火剂进样口(6)、液体灭火剂注射口(7)、空气进气口(8)、压力传感器(9)；高压容器(1)内部设有点火电极(10)；
所述诱导接线柱(3)用于外接电源，用于连通内部的锂电池或对锂电池加热的加热器；
所述真空泵(4)用于对高压容器(1)抽真空。
2.如权利要求1所述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，其特征在于：所述高压容器(1)上还设有观察窗(2)。
3.如权利要求1所述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，其特征在于：所述观察窗(2)为耐高温材质。
4.如权利要求1所述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，其特征在于：所述点火电极(10)外接点火器。
5.如权利要求1所述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，其特征在于：所所述压力传感器(9)外接压力检测器。
6.如权利要求1所述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，其特征在于：所述高压容器(1)采用高强度金属材料加工而成，耐压强度至少为10MPa。
7.如权利要求1所述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，其特征在于：所述诱导接线柱工作电流范围为0-100A，可满足锂电池加热或过充电时的电路要求。
8.如权利要求1所述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置，其特征在于：所述真空表的量程为-101.325kPa—0kPa，精度至少为0.1kPa；压力监测器的量程为0kPa—1000kPa，精度至少为1kPa；所述点火电极(10)的点火电压为10kV—15kV。
9.一种权利要求1所述的用于测试锂电池火灾灭火浓度的实验装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将锂电池放置于高压容器(1)中，将电加热板电源线或锂电池过充电线路与诱导接线柱(3)连接；
S2、密封高压容器(1)，打开真空泵(4)，抽至容器的真空度达到设定数值，停泵，观察真空表读数，5min内压升不大于50Pa；
S3、视情况通过气体灭火剂进样口(6)或液体灭火剂注射口(7)加入灭火剂，并基于分压法，通过真空表(5)读数监测灭火剂的浓度；
S4、待灭火剂浓度达到预设值后，打开空气进气口(8)，使高压容器(1)内恢复常压；
S5、打开加热或过充电电源，直到锂电池热失控，若锂电池不出现明火，则启动点火电极，以1Hz的频率持续点火；
S6、实时监测压力传感器(9)的数值，高压容器内的爆压不大于20kPa，则降低灭火剂浓度预设值，反之则提高灭火剂浓度预设值，然后重复步骤S1-S5；
S7、若高压容器内爆压大于与不大于20kPa的灭火剂浓度差小于0.1％，则实验结束，爆压不大于20kPa的灭火剂浓度即为锂电池火灾的灭火浓度。
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