CN212540290U - 一种针对锂电池火灾的灭火测试实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，包括防爆隔热实验舱、灭火剂喷射系统、温度采集系统、热失控触发装置、锂电池固定装置和烟气收集分析系统；锂电池固定装置设置于防爆隔热实验舱底部，锂电池固定装置包括上夹板和下夹板，通过固定构件固定上夹板与下夹板的相对位置，上夹板与下夹板之间用于夹持锂电池；灭火剂喷射管路的一端连接灭火剂储罐，灭火剂喷射管路的另一端延伸至防爆隔热实验舱内侧且端头设置有灭火剂雾化喷头，灭火剂雾化喷头在垂直方向上正对锂电池固定装置。本实用新型的实验装置可以有效固定锂电池的情况下，实现多种类型灭火剂在相同工况下测试比对。

Description

一种针对锂电池火灾的灭火测试实验装置

技术领域

本实用新型涉及灭火实验装置，具体涉及一种针对锂电池火灾的灭火测试实验装置。

背景技术

由于锂电池具有电压高，重量轻、能量和密度高、使用时间寿命长、自放电低且无记忆效应等优点被广泛使用。然而锂电池在挤压、碰撞等不良条件下，极易发生内部短路，一旦发生短路会瞬间产生大量热量导致温度迅速上升，而高温条件下锂电池容易发生热失控、起火甚至爆炸。FAA报告显示：自2006年1月到2020年1月，涉及锂电池的民航运输事故和不安全事件，美国记录在案的共有268起。由于国际民航运输锂电池的不安全事件频发，锂电池仍未达到本质安全，其潜在的危险深深影响着民航的安全运输。

相关研究表明：单体18650锂电池发生热失控时会产生1200 ppm左右的CO，产生约1000 ℃的高温，同时，还会产生大量黑色粉尘，其中包括萘、苯、戊二烯、苯乙烯等毒性有机物。民航客机特殊的运行环境：海拔高、空气相对干燥、气压低且有一定颠簸，这些都将成为锂电池热失控的诱因。然而，锂电池发生热失控时是瞬时完成的，突发性强，而且一旦发生就很难阻止其内部的化学反应。目前，国内外学者致力于使用不同的新型灭火剂来抑制锂电池热失控的研究。常见的灭火剂有七氟丙烷、五氟乙烷、全氟己酮、2-BTP与细水雾等等灭火剂。

为更好的体现出不同灭火剂的抑制效果，急需一种多种测试功能的实验平台，对于不同灭火剂能够在相同工况下进行性能对比，提高灭火剂抑制效果。研究不同灭火剂在相同工况下对锂电池热失控及火灾蔓延的抑制性能，寻求抑制锂电池火性能更加优越的灭火剂类型。

目前在锂电池火灾灭火实验中存在诸多问题，譬如：锂电池固定困难（实验中容易发生位移、脱落）、测试手段较单一以及不同灭火剂难以在相同工况下进行对比。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是锂电池火灾灭火实验中锂电池固定困难，实验中容易发生位移和脱落，测试手段较单一，不同灭火剂难以在相同工况下进行对比，目的在于提供一种针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，解决有效固定锂电池的情况下，实现多种类型灭火剂在相同工况下测试比对的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，包括防爆隔热实验舱、灭火剂喷射系统、温度采集系统、热失控触发装置、锂电池固定装置和烟气收集分析系统；所述锂电池固定装置设置于所述防爆隔热实验舱底部，所述锂电池固定装置包括上夹板和下夹板，通过固定构件固定所述上夹板与所述下夹板的相对位置，所述上夹板与所述下夹板之间用于夹持锂电池；所述灭火剂喷射系统包括灭火剂储罐和灭火剂喷射管路，所述灭火剂储罐设置于所述防爆隔热实验舱外侧，所述灭火剂喷射管路的一端连接所述灭火剂储罐，所述灭火剂喷射管路的另一端延伸至所述防爆隔热实验舱内侧且端头设置有灭火剂雾化喷头，所述灭火剂雾化喷头在垂直方向上正对所述锂电池固定装置；所述温度采集系统包括热电偶和温度采集仪，所述热电偶接触锂电池并用于测量锂电池的温度，所述温度采集仪设置于所述防爆隔热实验舱外侧，所述温度采集仪通过引线与所述热电偶连接；所述热失控触发装置设置于所述锂电池固定装置内，所述热失控触发装置用于触发锂电池的热失控；烟气收集分析系统设置于所述防爆隔热实验舱顶部，所述烟气收集分析系统用于采集、分析和排放实验过程中的烟气。

本实用新型的实验装置可进行不同灭火剂抑制锂电池火灾有效性实验研究，开展一系列灭火测试。使用多种方式触发锂电池热失控，并立即向锂电池释放不同新型灭火剂，通过测量各参数（电池表面及火焰温度、电压电阻、烟气浓度、火焰熄灭时间），对比各抑制效力可得出效果较佳的灭火剂。同时，在封闭空间内进行灭火测试实验，可有效保障实验人员的生命安全。且实验中产生的有毒烟气可通过上方的烟气收集装置进行处理与分析，有效避免实验中有害气体向外扩散污染环境。实验研究结果可为航空运输锂电池灭火剂的选择提供科学的建议，且为锂电池消防标准的完善提供实验支撑。

锂电池固定装置在使用时，将圆柱形或方形锂电池置于上下两块夹板之间，调整好电池排列顺序与加热装置的固定后，将上下夹板进行夹紧固定，实验后将锂电池卸下即可。

进一步的，所述灭火剂储罐为可重复填充使用的灭火剂储罐，所述灭火剂储罐包括瓶体、安全栓、手柄、压力表和虹吸管。通过可重复填充的灭火剂储罐来实现多种灭火剂的灭火测试实验，可自由改变灭火剂的作用浓度与雾化压力，研究不同灭火剂对锂电池火灾的抑制作用，探究不同灭火剂抑制锂电池火灾的最佳灭火剂。

进一步的，所述灭火剂储罐顶部设置有接口。通过接口进行填充灭火剂，可以反复使用灭火剂储罐。

进一步的，所述下夹板为铁板，所述固定构件为相互配合使用的螺栓和螺母。

优选的，所述上夹板包括两块条形铁板，所述条形铁板通过所述固定构件将锂电池固定在上夹板和下夹板之间。锂电池的明火或者热量通过两块条形铁板之间空间散发。

优选的，所述上夹板铁板，所述上夹板上设置有多个通孔。锂电池的明火或者热量通过通孔散发出去。

优选的，所述上夹板为铁丝网。锂电池的明火或者热量通过铁丝网缝隙散发出去。

进一步的，所述锂电池固定装置底部设置有底座，所述底座和所述下夹板之间设置有高度可调节的支架。通过调节支架高度，进而可以调节锂电池与来灭火剂雾化喷头的相对位置。

进一步的，所述防爆隔热实验舱侧面设置有观察窗口。透过观察窗口可以直接眼观到锂电池火灾的灭火情况。

进一步的，所述烟气收集分析系统包括由下到上依次设置的集气罩、烟气分析仪和排烟扇，所述集气罩与所述防爆隔热实验舱密闭连接，所述集气罩、烟气分析仪和排烟扇形成排烟通道。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型的实验装置可进行不同灭火剂抑制锂电池火灾有效性实验研究，开展一系列灭火测试。使用多种方式触发锂电池热失控，并立即向锂电池释放不同新型灭火剂，通过测量各参数（电池表面及火焰温度、电压电阻、烟气浓度、火焰熄灭时间），对比各抑制效力可得出效果较佳的灭火剂。同时，在封闭空间内进行灭火测试实验，可有效保障实验人员的生命安全。且实验中产生的有毒烟气可通过上方的烟气收集装置进行处理与分析，有效避免实验中有害气体向外扩散污染环境。实验研究结果可为航空运输锂电池灭火剂的选择提供科学的建议，且为锂电池消防标准的完善提供实验支撑。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型总体结构示意图；

图2为锂电池的固定装置示意图；

图3为灭火剂储罐示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-温度采集仪器，2-锂电池固定装置，3-热电偶，4-灭火剂储罐，5-实验舱，6-排烟扇，7-烟气分析仪，8-集气罩，9-锂电池，10-灭火剂雾化喷头，11-热失控引发装置，12-灭火剂喷射管路，21-底座，22-支架，23-下夹板，24-上夹板，25-固定构件，26-调节螺母，41-安全栓，42-手柄，43-接口，44-压力表，45-瓶体，46-虹吸管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例1为一种多功能锂电池火灾灭火实验测试平台，能够提高实验操作速度，更好地研究不同灭火剂对锂电池火灾抑制效果。本实施例1集成有灭火剂喷射系统、温度采集系统、热失控触发装置、烟气收集分析仪、实验现象采集仪器以及锂电池固定装置等。测试对象无论是圆柱形锂电池还是软包锂电池，单体锂电池还是电池组均可以进行测试实验。为防止锂电池火灾向外扩展带来的危险，因此测试实验在防爆隔热的实验舱内进行，实验舱尺寸为100cm（长）×100cm（宽）×100cm（高），舱体采用5mm不锈钢焊接而成。舱顶布置有集烟罩与排烟扇，可将产生的烟气抽出并进行浓度变化分析，前方留有观察窗口，便于拍摄实验过程。利用特制的锂电池夹具固定夹具，可避免实验中重复固定锂电池的操作，提高实验效率。

在该平台可进行不同灭火剂抑制锂电池火灾有效性实验研究，开展一系列灭火测试。使用多种方式（过热、针刺、挤压等）触发锂电池热失控，并立即向锂电池释放不同新型灭火剂，通过测量各参数（电池表面及火焰温度、电压电阻、烟气浓度、火焰熄灭时间），对比各抑制效力可得出效果较佳的灭火剂。同时，在封闭空间内进行灭火测试实验，可有效保障实验人员的生命安全。且实验中产生的有毒烟气可通过上方的烟气收集装置进行处理与分析，有效避免实验中有害气体向外扩散污染环境。研究结果可为航空运输锂电池灭火剂的选择提供科学的建议，且为锂电池消防标准的完善提供实验支撑。

多功能锂电池火灾灭火实验测试平台的关键点：通过可重复填充的灭火剂储罐来实现多种灭火剂的灭火测试实验，可自由改变灭火剂的作用浓度与雾化压力，研究不同灭火剂对锂电池火灾的抑制作用，探究不同灭火剂抑制锂电池火灾的最佳灭火剂。同时该测试平台集成多种测试功能，可同时监测多种参数，实现多方面研究灭火剂的抑制效果。

常见锂电池主要有圆柱锂电池与方形锂电池。锂电池固定装置如图2所示。该锂电池夹具包括上固定板24、下固定板23、螺母、螺栓、底座21与支架22。上下夹板通过螺栓与螺母连接，将锂电池放置在固定板上且位于两个夹板之间，通过螺母的旋转，使得螺栓可以更好的带动夹板对锂电池进行挤压固定。在对锂电池进行拆卸的时候，只需将两个挤压板的两侧螺母旋开。为了方便改变夹具的高度，因此使用螺母来灵活调节夹板的高度。使用时，将圆柱形或方形锂电池置于上下两块铁板之间，调整好电池排列顺序与加热装置的固定后，使用螺母25改变上夹板24与下夹板23的距离，实验后将锂电池卸下即可。

实施例2

本实施例2为一种多功能锂电池火灾灭火测试实验平台，如图1所示，其中包括：温度采集仪器1、灭火剂储罐4、灭火剂喷射管路12、实验舱5、烟气分析仪7、集气罩8、排烟扇6、灭火剂雾化喷头10、锂电池9、热失控引发装置11与热电偶3。实验前首先将锂电池9固定于固定装置2上，使得热电偶3与热失控引发装置11紧贴于锂电池9表面，热电偶3引线通过穿线孔延伸至实验舱外与数据采集系统1相连，灭火剂雾化喷头10与灭火剂输送管道12相连，并与灭火剂储罐4接通。开始实验时，启动外部热源11、数据采集系统1、烟气分析仪7与排烟扇6。待锂电池被触发热失控产生火焰时，立即切断加热电源并喷射不同类型灭火剂，喷射设定时间停止释放灭火剂，同时采集各数据参数后，烟气排尽可停止实验。若进行不同类型的灭火剂的灭火测试，利用可重复填充的灭火剂储罐改变测试灭火剂的种类。参考图3，灭火剂储罐包括：安全栓41、手柄42、压力表44与虹吸管46。若想更换灭火剂时，只需将接口43打开，将更换的液体灭火剂填充进罐内，最后在罐内填充氮气来作为雾化气体。若是气体灭火剂可直接充入罐内。

实施例3

实施例3是一种针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，包括防爆隔热实验舱5、灭火剂喷射系统、温度采集系统、热失控触发装置11、锂电池固定装置2和烟气收集分析系统；锂电池固定装置2设置于防爆隔热实验舱5底部，锂电池固定装置包括上夹板24和下夹板23，通过固定构件25固定上夹板24与下夹板23的相对位置，固定构件25为相互配合使用的螺栓和螺母。上夹板24与下夹板23之间用于夹持锂电池；灭火剂喷射系统包括灭火剂储罐4和灭火剂喷射管路12，灭火剂储罐4设置于防爆隔热实验舱5外侧，灭火剂喷射管路12的一端连接灭火剂储罐4，灭火剂喷射管路12的另一端延伸至防爆隔热实验舱5内侧且端头设置有灭火剂雾化喷头10，灭火剂雾化喷头10在垂直方向上正对锂电池固定装置2；温度采集系统包括热电偶3和温度采集仪1，热电偶3接触锂电池并用于测量锂电池的温度，温度采集仪1设置于防爆隔热实验舱5外侧，温度采集仪1通过引线与热电偶3连接；热失控触发装置11设置于锂电池固定装置2内，热失控触发装置11用于触发锂电池的热失控；烟气收集分析系统设置于防爆隔热实验舱5顶部，烟气收集分析系统用于采集、分析和排放实验过程中的烟气。

本实施例3的实验装置可进行不同灭火剂抑制锂电池火灾有效性实验研究，开展一系列灭火测试。使用多种方式触发锂电池热失控，并立即向锂电池释放不同新型灭火剂，通过测量各参数（电池表面及火焰温度、电压电阻、烟气浓度、火焰熄灭时间），对比各抑制效力可得出效果较佳的灭火剂。同时，在封闭空间内进行灭火测试实验，可有效保障实验人员的生命安全。且实验中产生的有毒烟气可通过上方的烟气收集装置进行处理与分析，有效避免实验中有害气体向外扩散污染环境。实验研究结果可为航空运输锂电池灭火剂的选择提供科学的建议，且为锂电池消防标准的完善提供实验支撑。

锂电池固定装置在使用时，将圆柱形或方形锂电池置于上下两块夹板之间，调整好电池排列顺序与加热装置的固定后，将上下夹板进行夹紧固定，实验后将锂电池卸下即可。

灭火剂储罐4为可重复填充使用的灭火剂储罐，灭火剂储罐4包括瓶体45、安全栓41、手柄42、压力表44和虹吸管46。通过可重复填充的灭火剂储罐来实现多种灭火剂的灭火测试实验，可自由改变灭火剂的作用浓度与雾化压力，研究不同灭火剂对锂电池火灾的抑制作用，探究不同灭火剂抑制锂电池火灾的最佳灭火剂。灭火剂储罐4顶部设置有接口43。通过接口进行填充灭火剂，可以反复使用灭火剂储罐。

下夹板23为铁板。上夹板24可以设置为多种款式，只要能保障锂电池的火苗或热量散出来就可以。以下介绍3个种形状的上夹板。

1、上夹板24包括两块条形铁板，条形铁板通过固定构件25将锂电池固定在上夹板24和下夹板23之间。锂电池的明火或者热量通过两块条形铁板之间空间散发。

2、上夹板24铁板，上夹板24上设置有多个通孔。锂电池的明火或者热量通过通孔散发出去。

3、上夹板24为铁丝网。锂电池的明火或者热量通过铁丝网缝隙散发出去。

锂电池固定装置2底部设置有底座21，底座21和下夹板23之间设置有高度可调节的支架22。通过调节支架高度，即调节锂电池固定装置的高度，进而可以调节锂电池与来灭火剂雾化喷头的相对位置。

防爆隔热实验舱侧面设置有观察窗口。透过观察窗口可以直接眼观到锂电池火灾的灭火情况。

烟气收集分析系统包括由下到上依次设置的集气罩8、烟气分析仪7和排烟扇6，集气罩8与防爆隔热实验舱5密闭连接，集气罩8、烟气分析仪7和排烟扇6形成排烟通道。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，包括防爆隔热实验舱（5）、灭火剂喷射系统、温度采集系统、热失控触发装置（11）、锂电池固定装置（2）和烟气收集分析系统；

所述锂电池固定装置（2）设置于所述防爆隔热实验舱（5）底部，所述锂电池固定装置包括上夹板（24）和下夹板（23），通过固定构件（25）固定所述上夹板（24）与所述下夹板（23）的相对位置，所述上夹板（24）与所述下夹板（23）之间用于夹持锂电池；

所述灭火剂喷射系统包括灭火剂储罐（4）和灭火剂喷射管路（12），所述灭火剂储罐（4）设置于所述防爆隔热实验舱（5）外侧，所述灭火剂喷射管路（12）的一端连接所述灭火剂储罐（4），所述灭火剂喷射管路（12）的另一端延伸至所述防爆隔热实验舱（5）内侧且端头设置有灭火剂雾化喷头（10），所述灭火剂雾化喷头（10）在垂直方向上正对所述锂电池固定装置（2）；

所述温度采集系统包括热电偶（3）和温度采集仪（1），所述热电偶（3）接触锂电池并用于测量锂电池的温度，所述温度采集仪（1）设置于所述防爆隔热实验舱（5）外侧，所述温度采集仪（1）通过引线与所述热电偶（3）连接；

所述热失控触发装置（11）设置于所述锂电池固定装置（2）内，所述热失控触发装置（11）用于触发锂电池的热失控；

烟气收集分析系统设置于所述防爆隔热实验舱（5）顶部，所述烟气收集分析系统用于采集、分析和排放实验过程中的烟气。

2.根据权利要求1所述针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，所述灭火剂储罐（4）为可重复填充使用的灭火剂储罐，所述灭火剂储罐（4）包括瓶体（45）、安全栓（41）、手柄（42）、压力表（44）和虹吸管（46）。

3.根据权利要求2所述针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，所述灭火剂储罐（4）顶部设置有接口（43）。

4.根据权利要求1所述针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，所述下夹板（23）为铁板，所述固定构件（25）为相互配合使用的螺栓和螺母。

5.根据权利要求4所述针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，所述上夹板（24）包括两块条形铁板，所述条形铁板通过所述固定构件（25）将锂电池固定在上夹板（24）和下夹板（23）之间。

6.根据权利要求4所述针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，所述上夹板（24）铁板，所述上夹板（24）上设置有多个通孔。

7.根据权利要求4所述针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，所述上夹板（24）为铁丝网。

8.根据权利要求1所述针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，所述锂电池固定装置（2）底部设置有底座（21），所述底座（21）和所述下夹板（23）之间设置有高度可调节的支架（22）。

9.根据权利要求1所述针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，所述防爆隔热实验舱侧面设置有观察窗口。

10.根据权利要求1所述针对锂电池火灾的灭火测试实验装置，其特征在于，所述烟气收集分析系统包括由下到上依次设置的集气罩（8）、烟气分析仪（7）和排烟扇（6），所述集气罩（8）与所述防爆隔热实验舱（5）密闭连接，所述集气罩（8）、烟气分析仪（7）和排烟扇（6）形成排烟通道。

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