一种动力锂电池火灾灭火试验装置的制作方法

本实用新型涉及的是一种动力锂电池火灾灭火试验装置，属于化工和消防安全技术领域。

背景技术：

随着能源与环境问题的日益突出，以电动汽车为代表的新能源汽车在国家的政策扶持下快速发展并大面积推广应用；电动汽车的核心部件是动力锂电池，作为一种清洁能源，动力锂电池以其高能量、高电压、循环寿命长和绿色环保的特点得到了越来越多的关注。

随着动力锂电池的广泛应用，其火灾危险性也逐渐显现，动力锂电池在其燃烧过程中会发生剧烈的化学反应，一般还伴有放电现象，因此，动力锂电池火灾特性和蔓延发展情况较为复杂，不同于普通的消防建筑和设施的灭火环境，具有一定的独特性，目前国内还没有设备、环境相类似的消防灭火系统，更没有此类特殊环境及设备的消防标准和规范，所以，研究动力锂电池火灾灭火装置和灭火方法就显得非常重要，这也是当前安全工程领域尤其是火灾与消防科学领域的热点课题之一。

动力锂电池火灾是由一系列电化学反应引起，这些电化学反应速度较快，反应剧烈，这使得动力锂电池火灾灭火不同于普通的消防建筑和设施的灭火环境，普通灭火剂很难扑灭，即使扑灭，也会发生复燃，而且对人员和环境伤害很大；动力锂电池的热失控燃烧反应发生在电池内部，灭火剂一般不能直接作用于电池内部，灭火就更为困难；鉴于动力锂电池一般安装在电动汽车内部封闭空间，内部不仅有仪器设备，而且有人员活动，火灾发生时，人员难以及时逃生，因此对灭火介质的安全、环保特性有较高要求，要求消防灭火系统必须以人为本，灭火介质的选择必须最大限度的降低对人体的伤害。

目前的各类灭火介质中，卤代烷对人员有伤害，有的卤代烷还存在酸类热分解产物，对仪器设备损害较大；二氧化碳灭火介质对人员有致命伤害；惰性气体灭火介质对人体和设备损失均较小，但其窒息作用原理完全不适宜于此场合；细水雾对人体无害，环保性最好；表面活性剂由天然或再生资源为原料加工而成，具有良好的表面活性、兼容性、溶解度和稳定性，它在水中形成对疏水性有机物具有增溶作用的胶束，极大提高有机物在水中的表观溶解度。

技术实现要素：

本实用新型提供的是一种动力锂电池火灾灭火试验装置，其目的是解决动力锂电池发生热失控燃烧时不能及时被扑灭而引燃整个电动汽车火灾的问题,以及提供一种对典型的动力锂电池和大型的电池模块都能进行火灾灭火研究的试验装置。

本实用新型的技术解决方案：一种动力锂电池火灾灭火试验装置，其结构包括燃烧室、电池安放系统、热源供给系统、测量及监控系统、灭火系统、排烟系统和废液处理系统；所述燃烧室包括底板、顶板、左壁、右壁、后壁、前门、通风孔、引线穿孔及防火板；其中，后壁设有通风孔，左壁设有引线穿孔，底板、顶板、左壁、右壁、后壁为不锈钢钢板，钢板里面是防火板；电池安放系统设在燃烧室1内, 电池安放系统中的钢座5上的开孔25与废液处理系统中的B输送管道31的首端相接；排烟系统中的烟气收集器27置于燃烧室1的顶板上并与排烟管道29相接；热源供给系统中的管炉15的一端在电池安放系统附近；测量及监控系统中的高速摄像仪13处于燃烧室1的左壁上；灭火系统中的A输送管道17的一端穿过燃烧室1的右壁与喷头16连接。

本实用新型的有益效果：

1） 本实用新型操作简单，结构合理，功能齐全，面对普通灭火剂扑救动力锂电池火灾效果不佳的现状，克服了现有消防技术的不足，通过含表面活性剂细水雾专用灭火系统，实现了对动力锂电池火灾快速、有效扑救的过程，提高了灭火效果，大大减少了灭火时间，灭火剂用量，降低了灭火成本及动力锂电池本身的损失，减少了动力锂电池火灾带来的生命和财产损失；是一种高效、环保的灭火装置；

2）本实用新型属于全尺寸试验平台，不仅能对典型的动力锂电池进行火灾灭火研究，而且能对大型的电池模块进行试验，试验过程中的温度、热通量等变化均能精确记录，试验数据采集精度高，大大增加了实验结果的可信度；

3）本实用新型通过含表面活性剂细水雾专用灭火系统，实现了对动力锂电池火灾快速、有效扑灭的过程，同时，喷头设计为锥形离心式细水雾喷头，避免了相互有不等的双、三、甚至多次重叠覆盖的区域，提高了灭火效果，大大减少了灭火时间，灭火剂用量，降低了灭火成本及动力锂电池本身的损失。

附图说明

附图1是一种动力锂电池火灾灭火试验装置立体效果示意图。

附图2是一种动力锂电池火灾灭火试验装置平面主视图。

附图3是动力锂电池支撑钢座立体效果示意图。

附图4是灭火剂喷头示意图。

附图5是常用灭火剂喷头洒水覆盖区示意图。

附图6是本实用新型喷头洒水覆盖区示意图。

图中，1是燃烧室，2是防火板，3是前门，4是支架，5是钢座，6是固定钢管，7是通风孔，8是引线穿孔，9是辐射热计，10是热电偶，11是压力传感器，12是镍铬合金线，13是高速摄像仪，14是气体燃烧器，15是管炉，16是喷头，17是A输送管道，18是控制阀，19是流量计，20是压力表，21是减压阀，22是泵组，23是吸水管，24是灭火剂储罐，25是开孔，26是回收罐，27是烟气收集器，28是防爆风机，29是排烟管道，30是排烟防火阀，31是B输送管道。

具体实施方式

一种动力锂电池火灾灭火试验装置，其结构包括燃烧室1、电池安放系统、热源供给系统、测量及监控系统、灭火系统、排烟系统和废液处理系统；所述燃烧室1包括底板、顶板、左壁、右壁、后壁、前门3、通风孔7、引线穿孔8及防火板2；其中，后壁设有通风孔7，左壁设有引线穿孔8，底板、顶板、左壁、右壁、后壁为不锈钢钢板，钢板里面是防火板2；其中，电池安放系统设在燃烧室1内, 电池安放系统中的钢座5上的开孔25与废液处理系统中的B输送管道31的首端相接；排烟系统中的烟气收集器27置于燃烧室1的顶板上并与排烟管道29相接；热源供给系统中的管炉15的一端在电池安放系统附近；测量及监控系统中的高速摄像仪13处于燃烧室1的左壁上；灭火系统中的A输送管道17的一端穿过燃烧室1的右壁与喷头16连接。

所述的前门3的材质为能防火、防爆的有机透明玻璃，易于观察试验过程实时动态，同时保证动力锂电池发生热失控喷出气体时不会破碎。

所述的前门3与左壁相接，前门3能够打开和关闭；前门3右侧设有把手，方便工作人员打开和关闭前门3。

所述的电池安放系统包括支架4、钢座5、固定钢管6；其中，支架4上是钢座5，钢座5上是固定钢管6，支架4与钢座5、钢座5与固定钢管6之间均通过螺丝固定；所述支架4为不锈钢支架，所述钢座5为绝缘材料制成，厚度为2cm；所述钢座5上端设有热电偶10和压力传感器11，热电偶10和压力传感器11通过安装孔固定在钢座5上，热电偶10和压力传感器11通过引线穿孔8中的镍铬合金线与实验室外部的数据采集仪连接；所述钢座5上有开孔25。

所述排烟系统包括烟气收集器27、防爆风机28、排烟管道29和排烟防火阀30；其中，烟气收集器27置于燃烧室1的顶板上并与排烟管道29相接，可在必要时抽排电池火灾灭火过程释放的气体和气体燃烧产物；防爆风机28处于烟气收集器27与排烟管道29衔接处，可防止火灾灭火过程中产生的有毒有害气体积聚过快引起爆炸；所述排烟防火阀30由阀体、叶片、执行媒介和温感器组成，处于排烟管道29上。

所述热源供给系统包括气体（丙烷）燃烧器14与1000W管炉15；其中，管炉15的一端穿过燃烧室1的右壁处在电池安放系统附近，管炉另一端与气体燃烧器相接；管炉15直径8.5cm，管炉壁厚度1.5cm；试验时，打开管炉加热器，待动力锂电池温度达到90℃时，打开丙烷燃烧器，在动力锂电池发生热失控后，开始喷洒灭火剂。

所述测量及监控系统包括热电偶10、辐射热计9、压力传感器11、高速摄像仪13；其中，辐射热计9、高速摄像仪13处于燃烧室1的左壁上；所述压力表20主要用于监测含表面活性剂细水雾专用灭火系统的压力；所述热电偶10主要用于记录火灾灭火过程动力锂电池周围温度变化；所述辐射热计9用来记录动力锂电池被引燃后，起火部位对其它未燃区域的热辐射；所述压力传感器11主要用于测量动力锂电池表面承受的灭火剂的压力；所述高速摄像仪13主要用于记录燃烧室1内动力锂电池受热、释放气体、燃烧、爆炸、熄灭的实时动态。

所述灭火系统为含表面活性剂细水雾专用灭火系统，包括喷头16、A输送管道17、压力表20、减压阀21、流量计19、控制阀18、泵组22、吸水管23，灭火剂储罐24；其中，喷头16通过输送管道17与泵组22相连，输送管道17上接有压力表20、减压阀21、流量计19、控制阀18，泵组22通过吸水管23与灭火剂储罐24相连；所述喷头16为锥形离心式细水雾喷头，是由若干个微型孔口构成，为了防止喷头堵塞，影响灭火效果，系统还设有过滤器；喷头安装在距燃烧室顶板0.5m；所述泵组22用螺栓连接的方式连接到角铁架上，角铁架固定在地面，泵组吸水管上的变径处采用偏心大小头连接，吸水管的尾端插入灭火剂储罐底部；所述灭火剂储罐24的材质为防腐蚀材料制成，灭火剂储罐罐口用O型圈密封，灭火剂储罐所处的环境温度满足试验要求，必要时可采用外部冷却装置，以确定温度保持在规定的范围内；所述输送管道之间的焊接采用对口焊接，输送管道外径20mm，能够承受输送管道充满灭火剂时重量及冲击，同时对输送管道采取导除静电的措施，灭火系统中的A输送管道17的一端穿过燃烧室1的右壁与喷头16连接，另一端与泵组22连接；A输送管道17与喷头16的连接采用O型圈密封，A输送管道17穿过燃烧室1右壁使用套管，A输送管道17与套管间的空隙采用防火封堵材料填塞。管道的安装依据《工业金属管道工程施工规范》GB 50235和《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB 50236；所述流量计19显示试验过程灭火剂的流量；所述控制阀18用来控制灭火过程中灭火剂的流量；所述压力表20用来检测含表面活性剂细水雾的压力；所述减压阀21用来控制含表面活性剂细水雾的压力。

所述废液处理系统包括B输送管道31和回收罐26，所述B输送管道31的首端穿过燃烧室1的右壁与电池安放系统中的钢座5上的开孔25相接，B输送管道31的尾端与回收罐26罐口密封相接，所述B输送管道31的与开孔25和回收罐26罐口的连接均采用O型圈密封；所述回收罐26材质为防腐蚀型，不与残液发生任何反应，方便对收集到的残液进行PH、酸碱度等测试。

所述燃烧室1为1.5×1.5×1.5m正六面体，底板、顶板、左壁、右壁和后壁均为不锈钢钢板，钢板里面一层是防火板，周围骨架均为不锈钢钢管。

所述通风孔7主要用于内部放置的动力锂电池的散热以及室内压力的泄放，若实验过程中需要密闭环境亦可关闭。

所述钢座为Kaowool绝缘材料，尺寸为80×80cm,厚度为2cm，钢座上端设有热电偶和压力传感器安装孔，钢座由支架支撑，支架为不锈钢支架，支架高度为50cm；钢座与固定钢管、钢座与支架之间用螺丝固定。

所述高速摄像仪安装在燃烧室左壁，距燃烧室左壁低端1.2m，高速摄像仪与左壁之间用支架和螺丝连接、固定，主要用于记录燃烧室内电池受热、释放气体燃烧、爆炸、熄灭的实时动态；所述热电偶为K型热电偶，安装在动力锂电池固定钢座安装孔中，热电偶分布在动力锂电池的周围，主要用于记录灭火过程电池周围温度变化，K型热电偶测温范围为0～1000℃；所述辐射热计安装在燃烧室左壁，与引线穿孔和动力锂电池在同一水平高度，用来记录动力锂电池被引燃后，起火部位对其它未燃区域的热辐射，进而模拟实际火灾情况下，辐射热流的变化规律，辐射热计量程为0-100KW/m²，精度为1%，距探测点0.6m；所述压力传感器安装在动力锂电池固定钢座安装孔中，压力传感器分布在动力锂电池的前面和后面，主要用于测量电池表面承受的灭火剂的压力；热电偶和压力传感器通过镍铬合金线与燃烧室外的数据采集仪连接。

常用灭火剂喷头的设计参数是根据相关标准中的数据表取各区的较大值所得，均没有涉及到平均喷洒强度的概念，而喷头的实际喷洒情景中，相互有不等的双、三、甚至多次重叠覆盖的区域（图5阴影区域即重叠覆盖），从灭火效果的角度，以最薄弱的地方作为灭火的最低控制指标比较合理。为适应各种情况，灭火剂喷头的性能上自然要求其喷洒分布越均匀越好，在这个前提下，非重叠喷洒区域的喷洒强度较薄弱，以之作为设计参数的控制标准，这样，包括喷洒重复覆盖区在内的平均喷洒强度值将大于灭火试验定出的最小所需喷洒强度值。此时，最不利作用面积内，喷头喷洒重复覆盖区越多，入口处所需的流量就越大，为保证末端压力，就要更大的管径减少灭火剂损失，一些措施，用锥形（如图6）的喷头可减少重复覆盖，提高灭火效果。

表1列出了目前常用的几种灭火介质，分别从灭火机理、安全、环保特性等方面进行了比较。

表1