采用测试装置测试锂离子电池箱火灾防控装置性能的方法与流程

本发明涉及一种采用测试装置测试锂离子电池箱火灾防控装置性能的方法，用于磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置的防控性能测试。

背景技术：

近年来，随着我国新能源汽车产业政策催化，大量新能源汽车投放市场，车辆的安全行驶面临重大挑战，尤其是磷酸铁锂锂离子电池箱一旦起火，轻者会使整箱电池起火燃烧报废，重者会引燃车辆甚至发生爆炸，对车辆司乘人员造成了潜在的危害，国内外已发生了多起电动汽车锂离子电池起火事故，造成大量的经济损失及人员伤亡。

磷酸铁锂锂离子电池箱火灾一般都是由磷酸铁锂锂离子电池热失控导致的，磷酸铁锂锂离子电池热失控后会在电池箱内释放出大量可燃气体、液体和固体混合物，当遇到打火或其他异常情况，混合物会发生燃烧或爆炸。

针对锂离子电池火灾事故，部分生产单位研发了锂离子动力电池箱火灾防控装置，根据火灾防控装置扑救效果的不同，火灾防控装置分为降温型和非降温型两类。但这两类火灾防控装置的防控性能现阶段还是依照企业提供的企业标准进行测试试验，由于各企业开发的锂离子动力电池箱火灾防控装置从结构和原理上均不同，其测试方法及模型也都不一致，包括电池模型、电池箱模型、电池布置方式、热失控触发方式、火灾抑制等，导致测试方法五花八门，如现有的试验测试方法均未有针对电池充电量、电池摆放位置、电池使用数量、过充或加热电池的位置和数量、电池热失控时间、电池预燃时间等参数的试验要求，而上述参数中的某一项发生变化，都将造成电池火灾特性参数的改变，导致测试方法的科学性、可靠性、一致性和重复性均无法得到保证，无法有效判定锂离子动力电池箱火灾防控装置的防控性能，导致防控性能不佳的火灾防控装置也能检测合格，并流入市场，而应用这样的火灾防控装置产品，一旦磷酸铁锂锂离子电池箱发生火灾而无法有效扑灭，将造成严重的人身伤亡和财产损失。

技术实现要素：

鉴于现有技术的状况，本发明提供了采用测试装置测试锂离子电池箱火灾防控装置性能的方法，用于磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置的防控性能测试，以解决现有的锂离子电池箱火灾防控装置无法有效判定其防控性能的问题。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种采用测试装置测试锂离子电池箱火灾防控装置性能的方法，所述锂离子电池箱火灾防控装置为磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置，包括火灾防控装置，火灾防控装置与抑制介质喷头连接，所述测试装置包括电池箱体、电池箱盖、数组电池模组、贴片式k型热电偶、加热板、气压缸推杆、数据采集设备、点火装置，每组电池模组由数个依次排列的磷酸铁锂锂离子电池单体构成，其特征在于：所述电池箱体为矩形，在电池箱体的前面设有侧部观察窗，在电池箱体的两侧面对称设有一个穿线孔，在电池箱体的后面设有管路安装孔，在电池箱体两侧面底端分别设有一块凸起板ⅰ；

所述电池箱盖均为矩形，在电池箱盖面上设有顶部观察窗，在电池箱盖两侧分别设有一块凸起板ⅱ；

所述电池箱盖一端与电池箱体连接，两个气压缸推杆底端分别固定在电池箱体两侧的凸起板ⅰ上，两个气压缸推杆上端分别固定在电池箱盖两侧的凸起板ⅱ上，两个气压缸推杆分别通过气管与气源连接；

抑制介质喷头通过管路安装孔设置在电池箱内部；

测试方法如下：

一、加热工况下磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置防控性能测试步骤如下：

第一步，在电池箱体内靠近中间位置放置五组电池模组，具体排列为：中间电池模组的前后左右分别放置一组电池模组，五组电池模组与电池箱体内壁之间放置数组电池模组或与电池模组外围尺寸相同的电池模组空壳，将中间电池模组中间位置的一个磷酸铁锂锂离子电池单体取出形成电池单体空位，在电池单体空位中设置两个贴片式k型热电偶和一个加热板，加热板与单体空位中一侧的磷酸铁锂锂离子电池单体面贴合，在与加热板贴合的磷酸铁锂锂离子电池单体左右相邻的两个磷酸铁锂锂离子电池单体之间分别设置一个贴片式k型热电偶，在中间电池模组每相邻的两个磷酸铁锂锂离子电池单体之间分别设置一个贴片式k型热电偶，在中间电池模组前后磷酸铁锂锂离子电池单体与相邻的磷酸铁锂锂离子电池单体之间分别设置一个贴片式k型热电偶，在电池箱体内相对称的两个角处，分别设置一个贴片式k型热电偶，数个贴片式k型热电偶的连接线通过一个穿线孔与数据采集设备连接，加热板的连接线通过另一个穿线孔与加热装置连接；

第二步，人工控制气源，远程控制气压缸推杆将电池箱盖扣装在电池箱体上，启动加热装置，通过加热板对与其贴合的磷酸铁锂锂离子电池单体加热，至磷酸铁锂锂离子电池单体发生热失控，磷酸铁锂电池单体的电池安全阀开启；

第三步，待与发生热失控磷酸铁锂锂离子电池单体相邻的磷酸铁锂锂离子电池单体也发生热失控，磷酸铁锂电池单体的电池安全阀开启，关闭加热装置电源停止加热板加热，迅速控制气源，远程控制气压缸推杆将电池箱盖开启，通过点火装置点火；

第四步，点火装置将电池箱体内磷酸铁锂电池单体热失控释放出大量可燃气体、液体和固体混合物点燃，起火后继续燃烧60s，人工控制气源，远程控制气压缸推杆将电池箱盖扣装在电池箱体上，启动火灾防控装置，抑制介质喷头喷射抑制介质扑灭明火；

第五步，检测结果，若火灾防控装置属于降温型火灾防控装置，其火灾防控性能符合下列全部要求，则火灾防控装置防控性能合格，否则为不合格，时间采用秒表计时装置测量：

（a）抑制介质喷射结束后5s内扑灭明火；

（b）明火扑灭后30min内不应出现复燃现象；

（c）明火扑灭后30min内电池箱体未发生爆炸；

（d）明火扑灭后30min内，所有磷酸铁锂锂离子电池单体电池安全阀未动作；

（e）明火扑灭后15min时，电池箱体内所有贴片式k型热电偶测温点的温度不大于150℃；

若火灾防控装置属于非降温型火灾防控装置，其火灾防控性能符合下列全部要求，则火灾防控装置防控性能合格，否则为不合格，时间采用秒表计时装置测量：

（a）抑制介质喷射结束后5s内扑灭明火；

（b）明火扑灭后30min内不应出现复燃现象；

（c）明火扑灭后30min内电池箱体未发生爆炸；

（d）明火扑灭后15min时，电池箱体内所有贴片式k型热电偶测温点的温度不大于250℃；

二、过充工况下磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置防控性能测试步骤如下：

第一步，与加热工况下磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置防控性能测试步骤的第一步相同，只是将电池箱体电池单体空位中的加热板取出，在电池单体空位中两个贴片式k型热电偶之间放置一个磷酸铁锂锂离子电池单体，将中间电池模组中间位置的两个磷酸铁锂锂离子电池单体设定为两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体，两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体并联，其余的磷酸铁锂锂离子电池单体间处于断开状态，两个并联的过充磷酸铁锂锂离子电池单体连接线通过另一个穿线孔与过充设备电源连接；

第二步，人工控制气源，远程控制气压缸推杆将电池箱盖扣装在电池箱体上，启动过充设备电源至两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体发生热失控；

第三步，待两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体均发生热失控，且过充磷酸铁锂锂离子电池单体的电池安全阀开启，关闭过充设备电源，人工控制气源，远程控制气压缸推杆将电池箱盖迅速开启后，开启点火装置点火；

第四步，点火装置将电池箱体内两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体热失控释放出大量可燃气体、液体和固体混合物点燃，起火后继续燃烧60s，人工控制气源，远程控制气压缸推杆将电池箱盖扣装在电池箱体上，启动火灾防控装置，抑制介质喷头喷射抑制介质扑灭明火；

第五步，检测结果，若火灾防控装置属于降温型火灾防控装置，其火灾防控性能符合下列全部要求，则火灾防控装置防控性能合格，否则为不合格，时间采用秒表计时装置测量：

（a）抑制介质喷射结束后5s内扑灭明火；

（b）明火扑灭后30min内不应出现复燃现象；

（c）明火扑灭后30min内电池箱体未发生爆炸；

（d）明火扑灭后30min内，所有磷酸铁锂锂离子电池单体电池安全阀未动作；

（e）明火扑灭后15min时，电池箱体内所有贴片式k型热电偶测温点的温度不大于150℃；

若火灾防控装置属于非降温型火灾防控装置，其火灾防控性能符合下列全部要求，则装置防控性能合格，否则为不合格，时间采用秒表计时装置测量：

（a）抑制介质喷射结束后5s内扑灭明火；

（b）明火扑灭后30min内不应出现复燃现象；

（c）明火扑灭后30min内电池箱体未发生爆炸；

（d）明火扑灭后15min时，电池箱体内所有贴片式k型热电偶测温点的温度不大于250℃。

本发明的有益效果是：本发明区别于已有的测试方法是，本测试方法及其试验条件，将影响电池火灾特性参数及火灾防控装置防控性能的因素均进行了定量或定性要求，在保证试验的重复性和一致性的基础上，能有效判定电池箱火灾防控装置的防控性能，是一种科学、重复性和一致性较高的试验方法。

在试验磷酸铁锂锂离子电池单体周围布置多个测温装置，实时监测试验电池与其相邻位置电池的温度和电池箱内温度，通过温度数据综合判定防控装置的火灾防控性能。

附图说明

图1为本发明电池箱体的示意图；

图2为图1为的俯视图；

图3为图1为的主视图；

图4为图1为的侧视图；

图5为本发明加热工况下锂离子电池箱的结构示意图；

图6为本发明过充工况下锂离子电池箱的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图6所示，采用测试装置测试锂离子电池箱火灾防控装置性能的方法，锂离子电池箱火灾防控装置为磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置，包括火灾防控装置，火灾防控装置包括抑制介质喷头，火灾防控装置与抑制介质喷头连接，测试装置包括电池箱体1、电池箱盖2、数组电池模组3、贴片式k型热电偶4、加热板5、气压缸推杆6、数据采集设备、、点火装置，每组电池模组3由数个依次排列的磷酸铁锂锂离子电池单体3-1构成。

电池箱体1为矩形，在电池箱体1的前面设有侧部观察窗1-1，在电池箱体1的两侧面对称设有一个穿线孔1-2，在电池箱体1的后面设有管路安装孔1-3，在电池箱体1两侧面底端分别设有一块凸起板ⅰ1-4。

电池箱盖2均为矩形，在电池箱盖2面上设有顶部观察窗2-1，在电池箱盖2两侧分别设有一块凸起板ⅱ2-2。

电池箱盖2一端连接件与电池箱体1连接，两个气压缸推杆6底端分别固定在电池箱体1两侧的凸起板ⅰ1-4上，两个气压缸推杆6上端分别固定在电池箱盖2两侧的凸起板ⅱ2-2上，两个气压缸推杆6分别通过气管与气源连接，电池箱盖2通过两个气压缸推杆6可开启或关闭。

抑制介质喷头通过管路安装孔1-3设置在电池箱内部。

测试方法如下：

一、加热工况下磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置防控性能测试步骤如下：

第一步，在电池箱体1内靠近中间位置放置五组电池模组3，具体排列为：中间电池模组3的前后左右分别放置一组电池模组3，五组电池模组3与电池箱体1内壁之间放置数组电池模组3或与电池模组3外围尺寸相同的电池模组空壳5，将中间电池模组3中间位置的一个磷酸铁锂锂离子电池单体3-1取出形成电池单体空位3-1-2，在电池单体空位3-1-2中设置两个贴片式k型热电偶4和一个加热板5，加热板5与单体空位3-1-2中一侧的磷酸铁锂锂离子电池单体3-1面贴合，在与加热板5贴合的磷酸铁锂锂离子电池单体3-1左右相邻的两个磷酸铁锂锂离子电池单体3-1之间分别设置一个贴片式k型热电偶4，在中间电池模组3每相邻的两个磷酸铁锂锂离子电池单体3-1之间分别设置一个贴片式k型热电偶4，在中间电池模组3前后磷酸铁锂锂离子电池单体3-1与相邻的磷酸铁锂锂离子电池单体3-1之间分别设置一个贴片式k型热电偶4，在电池箱体1内相对称的两个角处，分别设置一个贴片式k型热电偶4，数个贴片式k型热电偶4的连接线通过一个穿线孔1-2与数据采集设备连接，加热板5的连接线通过另一个穿线孔1-2与加热装置连接。

在磷酸铁锂锂离子电池单体3-1周围布置多个测温热电偶，监测与其相邻位置处磷酸铁锂锂离子电池单体3-1的温度和电池箱体1内温度。

第二步，人工控制气源，远程控制气压缸推杆6将电池箱盖2扣装在电池箱体1上，启动加热装置，通过加热板5对与其贴合的磷酸铁锂锂离子电池单体3-1加热，至磷酸铁锂锂离子电池单体3-1发生热失控，磷酸铁锂电池单体3-1的电池安全阀开启。

第三步，待与发生热失控磷酸铁锂锂离子电池单体3-1相邻的磷酸铁锂锂离子电池单体3-1也发生热失控，磷酸铁锂电池单体3-1的电池安全阀开启，关闭加热装置电源停止加热板5加热，迅速控制气源，远程控制气压缸推杆6将电池箱盖2开启，通过点火装置点火。

第四步，点火装置将电池箱体1内磷酸铁锂电池单体3-1热失控释放出大量可燃气体、液体和固体混合物点燃，起火后继续燃烧60s，人工控制气源，远程控制气压缸推杆6将电池箱盖2扣装在电池箱体1上，启动火灾防控装置，抑制介质喷头喷射抑制介质扑灭明火。

第五步，检测结果，若火灾防控装置属于降温型火灾防控装置，其火灾防控性能符合下列全部要求，则火灾防控装置防控性能合格，否则为不合格，时间采用秒表等计时装置测量：

a抑制介质喷射结束后5s内扑灭明火；

b明火扑灭后30min内不应出现复燃现象；

c明火扑灭后30min内电池箱体1未发生爆炸；

d明火扑灭后30min内，所有磷酸铁锂锂离子电池单体3-1电池安全阀未动作；

e明火扑灭后15min时，电池箱体1内所有贴片式k型热电偶4测温点的温度不大于150℃；

若火灾防控装置属于非降温型火灾防控装置，其火灾防控性能符合下列全部要求，则火灾防控装置防控性能合格，否则为不合格，时间采用秒表等计时装置测量：

a抑制介质喷射结束后5s内扑灭明火；

b明火扑灭后30min内不应出现复燃现象；

c明火扑灭后30min内电池箱体1未发生爆炸；

d明火扑灭后15min时，电池箱体1内所有贴片式k型热电偶4测温点的温度不大于250℃。

二、过充工况下磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置防控性能测试步骤如下：

第一步，与加热工况下磷酸铁锂锂离子电池箱火灾防控装置防控性能测试步骤的第一步相同，只是将电池箱体1电池单体空位3-1-2中的加热板5取出，在电池单体空位3-1-2中两个贴片式k型热电偶4之间放置一个磷酸铁锂锂离子电池单体3-1，将中间电池模组3中间位置的两个磷酸铁锂锂离子电池单体3-1设定为两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体3-1-1，两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体3-1-1并联，其余的磷酸铁锂锂离子电池单体3-1间处于断开状态，两个并联的过充磷酸铁锂锂离子电池单体3-1-1连接线通过另一个穿线孔1-2与过充设备电源连接。

第二步，人工控制气源，远程控制气压缸推杆6将电池箱盖2扣装在电池箱体1上，启动过充设备电源至两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体3-1-1发生热失控。

第三步，待两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体3-1-1均发生热失控，且过充磷酸铁锂锂离子电池单体3-1-1的电池安全阀开启，关闭过充设备电源，人工控制气源，远程控制气压缸推杆6将电池箱盖2迅速开启后，开启点火装置点火。

第四步，点火装置将电池箱体1内两个过充磷酸铁锂锂离子电池单体3-1-1热失控释放出大量可燃气体、液体和固体混合物点燃，起火后继续燃烧60s，人工控制气源，远程控制气压缸推杆6将电池箱盖2扣装在电池箱体1上，启动火灾防控装置，抑制介质喷头喷射抑制介质扑灭明火。

第五步，检测结果，若火灾防控装置属于降温型火灾防控装置，其火灾防控性能符合下列全部要求，则火灾防控装置防控性能合格，否则为不合格，时间采用秒表等计时装置测量：

a抑制介质喷射结束后5s内扑灭明火；

b明火扑灭后30min内不应出现复燃现象；

c明火扑灭后30min内电池箱体1未发生爆炸；

d明火扑灭后30min内，所有磷酸铁锂锂离子电池单体3-1电池安全阀未动作；

e明火扑灭后15min时，电池箱体1内所有贴片式k型热电偶4测温点的温度不大于150℃。

若火灾防控装置属于非降温型火灾防控装置，其火灾防控性能符合下列全部要求，则装置防控性能合格，否则为不合格，时间采用秒表等计时装置测量：

a抑制介质喷射结束后5s内扑灭明火；

b明火扑灭后30min内不应出现复燃现象；

c明火扑灭后30min内电池箱体1未发生爆炸；

d明火扑灭后15min时，电池箱体1内所有贴片式k型热电偶4测温点的温度不大于250℃。

用于测试锂离子电池箱火灾防控装置防控性能的设备要求：

1、温度测量器件宜选用贴片式k型热电偶，电偶直径不大于1mm。

2、数据采集设备应能连续监测、记录试验过程参数，采样周期不大于1s。

3、时间测量装置量程不小于60min，分度值不大于1s。

4、电池过充设备充电倍率可在0～5c连续可调，电压可在0～20v连续可调。

5、点火装置为点火棒、电控点火头等。

6、过充设备电源功率选择如下表所示：

7、电池箱体长、宽、高为1060mm×660mm×250mm，电池箱体的观察窗采用耐高温、高强度的玻璃封挡，电池箱盖可通过人工手动远程控制开启或关闭。