CN212277298U - 一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置 - Google Patents

Abstract

一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，包括防爆仓体、围挡外壳、锂离子电池组、电加热棒及超细水雾发生机构，锂离子电池组封装在围挡外壳内部，防爆仓体内设有温度传感器、烟气传感器、辐射热流计、激光粒子图像测速仪、相位多普勒粒子分析仪、红外摄像仪及高速摄像机。实验方法为：仅开展受围挡的锂离子电池组热失控及燃烧实验时，组装锂离子电池组并放置电加热棒，启动电加热棒直至电池组发生热失控或燃烧，记录实验数据，调整实验参数后重复实验；完整开展受围挡的锂离子电池组细水雾灭火实验时，组装锂离子电池组并放置电加热棒，启动电加热棒直至电池组发生热失控或燃烧，开启喷雾，记录实验数据，调整实验参数后重复实验。

Description

一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置

技术领域

本实用新型属于锂离子电池安全测试技术领域，特别是涉及一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置。

背景技术

锂离子电池具有循环寿命长、比能量高、记忆效应小等优点，已被广泛应用于各种电子设备中。但是，锂离子电池同时还具有电解质易燃的缺点，在各种滥用条件下，锂离子电池容易发生热失控，严重时甚至导致火灾的发生。

为了应对锂离子电池发生的火灾，当前已有多种灭火剂被尝试用于锂离子电池的灭火之中，但灭火效果都不太理想，而且这些灭火剂或多或少会对环境和人体造成一定影响。另外，在利用传统灭火剂开展锂离子电池灭火实验时，都是将灭火剂直接作用在锂离子电池本体上，但实际应用的锂离子电池组都是带有外壳等围挡的，因此将灭火剂直接作用在锂离子电池本体的灭火实验与真实情况并不相符，这会造成实验数据的失真。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，将超细水雾引入锂离子电池的灭火实验中并作为灭火剂进行使用，并且超细水雾具有清洁环保、廉价易得的优点；对于锂离子电池这种带电设备来说，超细水雾还具有电绝缘性能好的优点；为了模拟锂离子电池的实际应用情况，实验装置中设置了围挡结构，使实验数据更加真实可靠。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，包括防爆仓体、围挡外壳、锂离子电池组、电加热棒及超细水雾发生机构；所述防爆仓体上设有观察窗口，防爆仓体内还配置有用于保持仓内空气流通的通风系统；所述围挡外壳固定架设在防爆仓体内部，所述锂离子电池组封装在围挡外壳内部；在所述锂离子电池组内设有一个锂离子电池空置区，所述电加热棒位于锂离子电池空置区内；所述超细水雾发生机构包括高压氮气瓶、减压阀、储水罐、气水混合阀及超细水雾喷头；所述高压氮气瓶的出气口与减压阀的进气端相连通，减压阀的出气端分两路输出，一路与储水罐的充气口相连通，另一路与气水混合阀的进气口相连通，所述储水罐的出水口与气水混合阀的进水口相连通，气水混合阀的气水混合液出口与超细水雾喷头的进液口相连通；所述超细水雾喷头数量若干，在所述围挡外壳的顶部内外侧、侧部内外侧及底部内外侧均设置有超细水雾喷头，且与超细水雾喷头的进液口连通的进液管道上安装有止水阀。

所述围挡外壳包括电池存储箱和封盖，由电池存储箱和封盖组合构成完整的围挡外壳；所述锂离子电池组位于电池存储箱内部，在封盖上、电池存储箱侧板和底板上均开设有若干喷头安装孔，位于围挡外壳内侧的超细水雾喷头通过喷头安装孔进行安装固定；在所述电池存储箱侧板及底部上安装有泄压阀。

在所述围挡外壳的外部、围挡外壳内部的缝隙内、锂离子电池组的锂离子电池缝隙内均安装有温度传感器，温度传感器采用K型铠装热电偶。

在所述防爆仓体内部还设置有烟气传感器、辐射热流计、激光粒子图像测速仪、相位多普勒粒子分析仪、红外摄像仪及高速摄像机。

一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验方法，采用了所述的受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，包括如下步骤：

①、仅开展受围挡的锂离子电池组热失控及燃烧实验

步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组，同时预留出锂离子电池空置区用于放置电加热棒，然后将组装好的锂离子电池组封装到围挡外壳内部；

步骤二：启动电加热棒，为锂离子电池组的热失控或燃烧提供热源；

步骤三：通过防爆仓体上的观察窗口查看锂离子电池组是否发生热失控或燃烧，同时通过锂离子电池缝隙内的温度传感器测量锂离子电池组内部的温度数据，直到锂离子电池组内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热棒；

步骤四：记录下所有温度传感器测量到的温度数据，确定锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用烟气传感器识别锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内生成的气体组分；利用辐射热流计测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳的热辐射；利用红外摄像仪对锂离子电池组发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳表面温度进行记录；利用高速摄像机对锂离子电池组发生热失控或燃烧时的实验细节进行记录；

步骤五：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，但需要调整电加热棒的放置位置，然后重复步骤二至步骤四；

步骤六：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤五；

②、完整开展受围挡的锂离子电池组细水雾灭火实验

步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组，同时预留出锂离子电池空置区用于放置电加热棒，然后将组装好的锂离子电池组封装到围挡外壳内部；

步骤二：启动电加热棒，为锂离子电池组的热失控或燃烧提供热源；

步骤三：通过防爆仓体上的观察窗口查看锂离子电池组是否发生热失控或燃烧，同时通过锂离子电池缝隙内的温度传感器测量锂离子电池组内部的温度数据，直到锂离子电池组内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热棒；

步骤四：先开启位于围挡外壳顶部内侧或外侧的超细水雾喷头进液管路上的止水阀，然后开启高压氮气瓶，直到超细水雾喷头喷射出超细水雾；

步骤五：在超细水雾作用下，记录下所有温度传感器测量到的温度数据，确定锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用烟气传感器识别锂离子电池组发生热失控或燃烧时实验装置内生成的气体组分；利用辐射热流计测量锂离子电池组发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳的热辐射；利用激光粒子图像测速仪分析超细水雾液滴的速度流场瞬态分布情况；利用相位多普勒粒子分析仪测量超细水雾三维流动特征和雾场特性；利用红外摄像仪对锂离子电池组发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳表面温度进行记录；利用高速摄像机对锂离子电池组发生热失控或燃烧时的实验细节进行记录；

步骤六：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池并组装成锂离子电池组，但需要改变喷雾位置、喷雾间距、喷雾压力、雾滴粒径和喷雾启动时间，然后重复步骤二至步骤五；

步骤七：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池并组装成锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤六，区别在于需要开启的是位于围挡外壳侧部内/外侧或底部内/外侧的超细水雾喷头进液管路上的止水阀；

步骤八：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组并装成锂离子电池组，但需要调整电加热棒的放置位置，然后重复步骤二至步骤七；

步骤九：当锂离子电池组的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池并组装成锂离子电池组，然后重复步骤二至步骤八。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，将超细水雾引入锂离子电池的灭火实验中并作为灭火剂进行使用，并且超细水雾具有清洁环保、廉价易得的优点；对于锂离子电池这种带电设备来说，超细水雾还具有电绝缘性能好的优点；为了模拟锂离子电池的实际应用情况，实验装置中设置了围挡结构，使实验数据更加真实可靠。

附图说明

图1为本实用新型的一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置的(正向剖视)结构示意图；

图2为本实用新型的一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置的(侧向剖视)结构示意图；

图3为放置有锂离子电池组的围挡外壳的结构示意图；

图中，1—防爆仓体，2—围挡外壳，3—锂离子电池组，4—电加热棒，5—高压氮气瓶，6—减压阀，7—储水罐，8—气水混合阀，9—超细水雾喷头，10—电池存储箱，11—封盖，12—喷头安装孔，13—泄压阀，14—温度传感器，15—烟气传感器，16—辐射热流计，17—激光粒子图像测速仪，18—相位多普勒粒子分析仪，19—红外摄像仪，20—高速摄像机，21—止水阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1～3所示，一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，包括防爆仓体1、围挡外壳2、锂离子电池组3、电加热棒4及超细水雾发生机构；所述防爆仓体1上设有观察窗口，防爆仓体1内还配置有用于保持仓内空气流通的通风系统；所述围挡外壳2固定架设在防爆仓体1内部，所述锂离子电池组3封装在围挡外壳2内部；在所述锂离子电池组3内设有一个锂离子电池空置区，所述电加热棒4位于锂离子电池空置区内；所述超细水雾发生机构包括高压氮气瓶5、减压阀6、储水罐7、气水混合阀8及超细水雾喷头9；所述高压氮气瓶5的出气口与减压阀6的进气端相连通，减压阀6的出气端分两路输出，一路与储水罐7的充气口相连通，另一路与气水混合阀8的进气口相连通，所述储水罐7的出水口与气水混合阀8的进水口相连通，气水混合阀8的气水混合液出口与超细水雾喷头9的进液口相连通；所述超细水雾喷头9数量若干，在所述围挡外壳2的顶部内外侧、侧部内外侧及底部内外侧均设置有超细水雾喷头9，且与超细水雾喷头9的进液口连通的进液管道上安装有止水阀21。

所述围挡外壳2包括电池存储箱10和封盖11，由电池存储箱10和封盖11组合构成完整的围挡外壳2；所述锂离子电池组3位于电池存储箱10内部，在封盖11上、电池存储箱10侧板和底板上均开设有若干喷头安装孔12，位于围挡外壳2内侧的超细水雾喷头9通过喷头安装孔12进行安装固定；在所述电池存储箱10侧板及底部上安装有泄压阀13。

在所述围挡外壳2的外部、围挡外壳2内部的缝隙内、锂离子电池组3的锂离子电池缝隙内均安装有温度传感器14，温度传感器14采用K型铠装热电偶。

在所述防爆仓体1内部还设置有烟气传感器15、辐射热流计16、激光粒子图像测速仪17、相位多普勒粒子分析仪18、红外摄像仪19及高速摄像机20。

一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验方法，采用了所述的受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，包括如下步骤：

①、仅开展受围挡的锂离子电池组热失控及燃烧实验

步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组3，同时预留出锂离子电池空置区用于放置电加热棒4，然后将组装好的锂离子电池组3封装到围挡外壳2内部；

步骤二：启动电加热棒4，为锂离子电池组3的热失控或燃烧提供热源；

步骤三：通过防爆仓体1上的观察窗口查看锂离子电池组3是否发生热失控或燃烧，同时通过锂离子电池缝隙内的温度传感器14测量锂离子电池组3内部的温度数据，直到锂离子电池组3内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热棒4；

步骤四：记录下所有温度传感器14测量到的温度数据，确定锂离子电池组3发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用烟气传感器15识别锂离子电池组3发生热失控或燃烧时实验装置内生成的CO₂、CO、H₂和HF等气体组分；利用辐射热流计16测量锂离子电池组3发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳2的热辐射；利用红外摄像仪19对锂离子电池组3发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳2表面温度进行记录；利用高速摄像机20对锂离子电池组3发生热失控或燃烧时的实验细节进行记录；

步骤五：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组3，但需要调整电加热棒4的放置位置，然后重复步骤二至步骤四；

步骤六：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池组装成锂离子电池组3，然后重复步骤二至步骤五；

②、完整开展受围挡的锂离子电池组细水雾灭火实验

步骤一：确定锂离子电池的型号、种类和数量，按照设定好的连接方式和排列方式将选定好的锂离子电池组装成锂离子电池组3，同时预留出锂离子电池空置区用于放置电加热棒4，然后将组装好的锂离子电池组3封装到围挡外壳2内部；

步骤二：启动电加热棒4，为锂离子电池组3的热失控或燃烧提供热源；

步骤三：通过防爆仓体1上的观察窗口查看锂离子电池组3是否发生热失控或燃烧，同时通过锂离子电池缝隙内的温度传感器14测量锂离子电池组3内部的温度数据，直到锂离子电池组3内部的温度达到实验设定的温度变化幅度时，关闭电加热棒4；

步骤四：先开启位于围挡外壳2顶部内侧或外侧的超细水雾喷头9进液管路上的止水阀21，然后开启高压氮气瓶5，直到超细水雾喷头9喷射出超细水雾；

步骤五：在超细水雾作用下，记录下所有温度传感器14测量到的温度数据，确定锂离子电池组3发生热失控或燃烧时实验装置内的温度分布情况；利用烟气传感器15识别锂离子电池组3发生热失控或燃烧时实验装置内生成的CO₂、CO、H₂和HF等气体组分；利用辐射热流计16测量锂离子电池组3发生热失控或燃烧时火焰及围挡外壳2的热辐射；利用激光粒子图像测速仪17分析超细水雾液滴的速度流场瞬态分布情况；利用相位多普勒粒子分析仪18测量超细水雾三维流动特征和雾场特性；利用红外摄像仪19对锂离子电池组3发生热失控或燃烧时的环境温度和围挡外壳2表面温度进行记录；利用高速摄像机20对锂离子电池组3发生热失控或燃烧时的实验细节进行记录；

步骤六：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池并组装成锂离子电池组3，但需要改变喷雾位置、喷雾间距、喷雾压力、雾滴粒径和喷雾启动时间，然后重复步骤二至步骤五；

步骤七：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池并组装成锂离子电池组3，然后重复步骤二至步骤六，区别在于需要开启的是位于围挡外壳2侧部内/外侧或底部内/外侧的超细水雾喷头9进液管路上的止水阀21；

步骤八：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，在不改变锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式和排列方式的前提下，重新选取锂离子电池组并装成锂离子电池组3，但需要调整电加热棒4的放置位置，然后重复步骤二至步骤七；

步骤九：当锂离子电池组3的热失控或燃烧过程结束后，并待到防爆仓体1的环境温度恢复到常温状态后，清理残余物，调整锂离子电池的型号、种类、数量、连接方式或排列方式，重新选取锂离子电池并组装成锂离子电池组3，然后重复步骤二至步骤八。

实施例中的方案并非用以限制本实用新型的专利保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，其特征在于：包括防爆仓体、围挡外壳、锂离子电池组、电加热棒及超细水雾发生机构；所述防爆仓体上设有观察窗口，防爆仓体内还配置有用于保持仓内空气流通的通风系统；所述围挡外壳固定架设在防爆仓体内部，所述锂离子电池组封装在围挡外壳内部；在所述锂离子电池组内设有一个锂离子电池空置区，所述电加热棒位于锂离子电池空置区内；所述超细水雾发生机构包括高压氮气瓶、减压阀、储水罐、气水混合阀及超细水雾喷头；所述高压氮气瓶的出气口与减压阀的进气端相连通，减压阀的出气端分两路输出，一路与储水罐的充气口相连通，另一路与气水混合阀的进气口相连通，所述储水罐的出水口与气水混合阀的进水口相连通，气水混合阀的气水混合液出口与超细水雾喷头的进液口相连通；所述超细水雾喷头数量若干，在所述围挡外壳的顶部内外侧、侧部内外侧及底部内外侧均设置有超细水雾喷头，且与超细水雾喷头的进液口连通的进液管道上安装有止水阀。

2.根据权利要求1所述的一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，其特征在于：所述围挡外壳包括电池存储箱和封盖，由电池存储箱和封盖组合构成完整的围挡外壳；所述锂离子电池组位于电池存储箱内部，在封盖上、电池存储箱侧板和底板上均开设有若干喷头安装孔，位于围挡外壳内侧的超细水雾喷头通过喷头安装孔进行安装固定；在所述电池存储箱侧板及底部上安装有泄压阀。

3.根据权利要求1所述的一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，其特征在于：在所述围挡外壳的外部、围挡外壳内部的缝隙内、锂离子电池组的锂离子电池缝隙内均安装有温度传感器，温度传感器采用K型铠装热电偶。

4.根据权利要求1所述的一种受围挡的锂离子电池组超细水雾灭火实验装置，其特征在于：在所述防爆仓体内部还设置有烟气传感器、辐射热流计、激光粒子图像测速仪、相位多普勒粒子分析仪、红外摄像仪及高速摄像机。

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