一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法技术

本发明专利技术涉及一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法，包括电池火灾灭火剂用量确定方法和保护区灭火剂用量预估方法。电池火灾灭火剂用量确定方法为通过实验获取扑灭电池火灾并使灭火后电池表面温度达到期望温度的单位体积空间中所需的灭火剂的量。保护区灭火剂用量预估方法为通过电池火灾灭火剂用量外推整个保护区灭火剂用量。电池火灾灭火剂用量确定方法包括单体电池灭火实验，数据拟合，灭火剂期望用量确定，单体电池灭火灭火剂理论用量确定等步骤。本发明专利技术可通过实验筛选出一定空间体积内扑灭电池火灾并使电池表面温度达到期望值所需的灭火剂用量，进而为使用锂离子电池储能系统的新能源汽车与电化学储能电站的消防设计提供参考。

A Screening Method of Extinguishing Agent Dosage for Lithium Ion Battery Fire

The invention relates to a method for screening the dosage of extinguishing agent for extinguishing lithium ion battery fires, including a method for determining the dosage of extinguishing agent for battery fires and a method for estimating the dosage of extinguishing agent for protected areas. The method of determining the amount of fire extinguishing agent for battery fire is to obtain the amount of fire extinguishing agent needed in unit volume space to extinguish the battery fire and make the surface temperature of the battery reach the desired temperature after extinguishing. The method of estimating the amount of fire extinguishing agent used in the reserve is to extrapolate the amount of fire extinguishing agent used in the whole reserve through the amount of battery fire extinguishing agent. The method of determining the amount of fire extinguishing agent for battery fire includes the following steps: single battery fire extinguishing experiment, data fitting, determination of the expected amount of fire extinguishing agent, and determination of the theoretical amount of fire extinguishing agent for single battery. The fire extinguishing agent dosage needed to extinguish battery fire in a certain space volume and make the surface temperature of the battery reach the expected value can be screened through experiments, thus providing reference for fire fighting design of new energy vehicles and electrochemical energy storage power stations using lithium ion battery energy storage system.

【技术实现步骤摘要】
一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法
本专利技术属于安全
，涉及消防系统，特别涉及一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法。
技术介绍
近年来，随着温室效应、雾霾等环境问题的出现和日益严重，锂离子电池、全固态电池等新型储能设备被越来越多的应用于新能源汽车、智能电网等。在众多新型储能设备中，锂离子电池的技术较为成熟，且凭借其能量密度高、循环寿命长等优良特性成为新型储能设备中的主流产品。然而，锂离子电池在单位成本，循环寿命，安全性能方面仍有较多需要提升的空间。其中，锂离子电池的安全问题尤为棘手。由于锂离子电池的特殊性质，当锂离子电池处于滥用条件下时，电池内部发生连锁反应，电池内部温度快速上升，锂离子电池极易发生热失控，进而发展成为严重的火灾爆炸事故。针对锂离子电池热失控易引发火灾的特点，已有很多组织对锂离子电池灭火技术开展了系统性研究。现有研究表明，部分的固体、液体和气体灭火剂均可有效抑制锂离子电池。固体灭火剂主要包括干粉、超细干粉和气溶胶等；液体灭火剂主要包括水(含添加剂)、泡沫灭火剂、新型卤代烷和水成膜灭火剂等；气体灭火剂主要包括二氧化碳和七氟丙烷等。而由于新型卤代烷及气体灭火剂易于清理、环境效应低且便于携带，气体灭火剂在锂离子电池灭火中日益受到重视，因此本专利技术主要针对气体灭火剂及新型卤代烷灭火剂。目前，对于扑救锂离子电池火灾，行业内还未形成统一的灭火方案与灭火剂用量筛选方法。现有锂离子电池火灾扑灭技术仍存在较大的不足与缺陷：(1)无法估算一定空间体积重扑灭单体锂离子电池火灾所需的灭火剂用量。(2)难以解决锂离子电池灭火后的复燃问题。(3)缺乏科学合理的灭火剂筛选方法，无法根据小尺度锂离子电池灭火实验外推大规模锂离子电池储能系统的灭火剂用量。(4)目前的灭火剂筛选方法大多只针对某种电池或某类灭火剂，不具有普适性。本专利技术提出了一种扑灭锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法，此筛选方法基于锂离子电池灭火实验与数据拟合，较理论计算的方式更为科学与准确。本方法可以根据锂离子电池材料体系与其所处的空间体积确定被保护锂离子电池储能系统所需的灭火剂用量，进而为锂离子电池储能设备消防系统设计提供参考，更高效地保护锂离子电池储能设备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，根据锂离子电池数目、材料体系及电池包总能量选择合适的灭火剂用量，为灭火剂在储能设备的装机提供参考与借鉴，更高效地保护锂离子电池储能设备。本专利技术的目的还在于，提供一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法，为锂离子电池储能设备的消防设计提供参考，保障锂离子电池储能设备的安全运行。通过多次实验与数据拟合，找到特定电池的推荐灭火剂用量，并以此外推获得整个锂离子电池系统的灭火剂用量，为锂离子电池储能设备的消防设计提供参考，使消防系统能更为高效的保护锂离子电池储能设备。本专利技术采用的技术方案为：一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法，包括如下步骤：步骤一、电池火灾灭火剂用量确定方法：电池火灾灭火剂用量确定方法为通过实验获取扑灭电池火灾并使电池表面温度达到期望值所需的灭火剂用量。电池火灾灭火剂用量确定方法包括单体电池灭火实验，数据拟合，灭火剂期望用量确定，单体电池灭火灭火剂理论用量确定，电池组灭火实验，电池组灭火灭火剂用量补偿系数计算和单位体积电池火灾灭火剂用量计算；数据拟合使用的数据是电池峰值温度与灭火剂剂量；灭火剂期望用量可根据数据拟合曲线确定；单体电池灭火灭火剂理论用量的确定应根据多个电池表面的灭火剂期望用量确定；电池组灭火灭火剂用量补偿系数可为通过电池组灭火实验与单体电池灭火实验对比计算得到；步骤二、保护区灭火剂用量预估方法：保护区灭火剂用量预估方法为通过电池火灾灭火剂用量和保护区空间体积外推计算保护区应使用的灭火剂总量。本筛选方法主要包括电池火灾灭火剂用量确定方法和保护区灭火剂用量预估方法。电池火灾灭火剂用量确定方法电池火灾灭火剂用量确定方法包括单体电池灭火实验，数据拟合，灭火剂期望用量确定，单体电池灭火灭火剂理论用量确定，电池组灭火实验，电池组灭火灭火剂用量补偿系数计算和单位体积电池火灾灭火剂用量计算。保护区灭火剂用量预估方法为通过电池火灾灭火剂用量和保护区空间体积外推计算保护区应使用的灭火剂总量。其中，单体电池与电池组灭火实验所采用的实验装置主要包括实验模块腔体、热失控触发装置、温度采集装置、热电偶、灭火装置。其中，实验模块腔体根据需筛选用量的电池模块的实际尺寸制作1：1制作；为了增强腔体强度，腔体使用厚度为6mm的钢；腔体侧壁开线孔与火探管固定长孔，火探管固定长孔可根据实验需求调节火探管距电池距离，可调距离为4-10cm；实验模块腔体的长侧壁设置观察窗，用于观察实验中电池是否发生复燃；实验模块腔体的上部设置半径为12.5的泄压圆孔，防止实验模块腔体内压力过高。其中，实验中电池热失控可使用加热或过充的方式触发。以加热方式触发热失控时，使用与电池等尺寸的大功率薄片加热器；以过充的方式触发热失控时，使用的充电电流为被测试电池的最大充电电流。进一步的，为了使筛选结果留有一定的安全余量，实验阶段采用的电池为热失控后危险性最高的荷电状态100％的电池。进一步的，实验中，为了使电池与实际情况中紧密排列的状态更为接近，使用钢制夹板将电池与加热片夹紧。其中，温度测量宜采用直径0.5mm-1.0mm的K型热电偶；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。其中，灭火装置主要包括灭火剂储罐、灭火介质、电磁阀、火探管、控制箱等。灭火装置可自动触发，也可手动开启。进一步的，灭火储罐为钢制，其耐压为10MPa；灭火介质为气体或液体灭火介质，如七氟丙烷、全氟己酮和水等；火探管与电磁阀相连，自动释放时电磁阀保持常开状态，手动释放时手动控制开启电磁阀；控制箱中集成有可编程控制器件、交流接触器、电磁继电器等。进一步的，灭火介质的驱动气体为氮气或氩气；可根据应用场景及灭火介质种类改变灭火储罐中填充的压力。进一步的，火探管的熔融破裂温度为120-180℃。进一步的，灭火剂的质量梯度宜选为0.2-0.5kg，质量梯度越小，实验结果越准确。进一步的，为了实验结果的准确性，每种工况实验应重复1-3次。其中，数据拟合是指使用电池温度数据与灭火剂剂量进行二阶或三阶多项式拟合。进一步的，一般选用的电池温度数据为灭火剂释放后，电池长表面、电池底面所能达到的峰值温度。但温度数据不局限于长表面与底面，如果对其他表面有温度需求，也可采集峰值温度后同时进行分析。进一步的，对于新型卤代烃，如七氟丙烷和全氟己酮等灭火介质，可采用三阶多项式拟合；对于水等灭火介质可采用二阶多项式拟合。其中，灭火剂期望用量确定为在多个表面的峰值温度-灭火剂用量拟合曲线上，通过理想的电池峰值温度(y轴的值)选取对应的灭火剂用量(x轴的值)。在本方法中，灭火剂期望用量记作Rexp。其中，单体电池灭火灭火剂理论用量确定是指根据多个电池表面的灭火剂期望用量，选取其中的最大值确定为当类电池的单体电池灭火灭火剂理论用量。本方法中，单体电池火灾灭火剂的理论用量记作Rsin。其中，由于电池组灭火剂用量与单体电池灭火剂用量可能存在差异，本部分计算中设置一个灭火剂补偿系数，记作δ，其由电池组灭火实验的结果与单体电池灭火实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、电池火灾灭火剂用量确定方法：电池火灾灭火剂用量确定方法为通过实验获取扑灭电池火灾并使电池表面温度达到期望值所需的灭火剂用量；电池火灾灭火剂用量确定方法包括单体电池灭火实验，数据拟合，灭火剂期望用量确定，单体电池灭火灭火剂理论用量确定，电池组灭火实验，电池组灭火灭火剂用量补偿系数计算和单位体积电池火灾灭火剂用量计算；数据拟合使用的数据是电池峰值温度与灭火剂剂量；灭火剂期望用量可根据数据拟合曲线确定；单体电池灭火灭火剂理论用量的确定应根据多个电池表面的灭火剂期望用量确定；电池组灭火灭火剂用量补偿系数可为通过电池组灭火实验与单体电池灭火实验对比计算得到；步骤二、保护区灭火剂用量预估方法：保护区灭火剂用量预估方法为通过电池火灾灭火剂用量和保护区空间体积外推计算保护区应使用的灭火剂总量。

【技术特征摘要】
1.一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、电池火灾灭火剂用量确定方法：电池火灾灭火剂用量确定方法为通过实验获取扑灭电池火灾并使电池表面温度达到期望值所需的灭火剂用量；电池火灾灭火剂用量确定方法包括单体电池灭火实验，数据拟合，灭火剂期望用量确定，单体电池灭火灭火剂理论用量确定，电池组灭火实验，电池组灭火灭火剂用量补偿系数计算和单位体积电池火灾灭火剂用量计算；数据拟合使用的数据是电池峰值温度与灭火剂剂量；灭火剂期望用量可根据数据拟合曲线确定；单体电池灭火灭火剂理论用量的确定应根据多个电池表面的灭火剂期望用量确定；电池组灭火灭火剂用量补偿系数可为通过电池组灭火实验与单体电池灭火实验对比计算得到；步骤二、保护区灭火剂用量预估方法：保护区灭火剂用量预估方法为通过电池火灾灭火剂用量和保护区空间体积外推计算保护区应使用的灭火剂总量。2.如权利要求1所述的一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法，其特征在于：单体电池灭火实验所采用的实验装置主要包括实验模块腔体、热失控触发装置、数据采集装置、热电偶、灭火装置；实验模块腔体根据需筛选用量的电池模块的实际尺寸按1：1制作；热失控触发装置为与电池等尺寸的大功率薄片加热器；灭火装置可手动或自动释放灭火剂。3.如权利要求1所述的一种扑救锂离子电池火灾的灭火剂用量筛选方法，其特征在于：所采用的实验装置高度模拟锂电池真实工作状况；为了保持与电池包中类似的环境，实验模块腔体在试验中应保持相对密闭，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青松，刘昱君，段强领，李煌，孙金华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34