一种快速评价锂电池火灾灭火性能的试验方法和装置

摘要

本发明涉及一种快速评价锂电池火灾灭火性能的试验装置，包括一侧面具有玻璃门的试验箱，试验箱内放置锂电池引燃装置和锂电池；高速摄影仪对准玻璃门进行拍摄；试验箱顶部一角开设出风口，底部对角开设进风口，进风口和出风口分别设置风速仪；至少一个烟气分析仪采样器伸入试验箱内；热电偶树伸入试验箱内，并位于锂电池上方；待评价锂电池火灾灭火器通过排放管路自上而下伸入试验箱内，排放管路末端设有向下的喷头，喷头对准锂电池；待评价锂电池火灾灭火器通过自动灭火控制装置进行远程开/关控制；风速仪、高速摄影仪、烟气分析仪采样器、热电偶通过至少一个数据采集器与数据处理装置连接；自动灭火控制装置与数据处理装置连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种灭火器灭火性能的试验装置，具体来说，是一种快速评价锂电池火灾灭火性能的试验方法和装置，属于灭火器性能评价技术领域。

背景技术

2009年至2015年间，国家相继推出了《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》等系列文件，电动汽车已成为我国重点培育的战略性新兴产业。然而，在电动汽车的应用推广过程中，发生了一系列火灾事故，如2011年杭州某电动出租车起火事故，2015年深圳某电动大巴自燃事故，2016年挪威某电动汽车充电着火事故等。经调查发现，电动汽车火灾大多与其动力锂电池有关。锂电池的火灾安全是电动汽车消防安全的关键，JT/T325-2013《营运客车类型划分及等级评定》规定了电动客车或混合动力客车应装配有动力电池箱专用的自动灭火装置。

在锂电池火灾灭火装置的开发过程中，必须建立一套灭火实验装置，以测试灭火装置的灭火性能。而且，在灭火装置投入使用前，也必须进行灭火性能评价，以保证其可靠性。如何建立一种能够有效准确地评价锂电池火灾灭火性能的试验方法和装置，成为本领域亟需解决的技术难题。

发明内容

现有技术中，关于灭火器对于锂电池的灭火性能的评价方法和评价装置还比较落后，本发明旨在建立一种能够快速、有效准确地评价锂电池火灾灭火性能的试验方法和装置，从而为针对锂电池的灭火器的研发和改良提供了宝贵的试验数据的基础。

本发明采取以下技术方案：

一种快速评价锂电池火灾灭火性能的试验装置，包括一侧面具有玻璃门的试验箱1，所述试验箱1内放置锂电池引燃装置5和锂电池4；高速摄影仪15对准所述玻璃门进行拍摄，用于记录锂电池4引燃和熄灭的时间间隔；所述试验箱1顶部一角开设出风口3，底部对角开设进风口2，进风口和出风口分别设置风速仪16，用于测量实时风速；至少一个烟气分析仪采样器14伸入所述试验箱1内，用于测试烟气成分及含量；热电偶树13伸入所述试验箱1内，并位于锂电池上方，用于测试火焰温度；待评价锂电池火灾灭火器6通过排放管路自上而下伸入试验箱1内，排放管路末端设有向下的喷头12，喷头对准锂电池；待评价锂电池火灾灭火器6通过自动灭火控制装置进行远程开/关控制；所述风速仪16、高速摄影仪15、烟气分析仪采样器14、热电偶13通过至少一个数据采集器17与数据处理装置18连接；自动灭火控制装置与数据处理装置18连接。

进一步的，所述自动灭火控制装置包括气缸9、电磁阀8、空气压缩机7；所述空气压缩机7排气口设置电磁阀8，电磁阀8与气缸8连接，气缸8与待评价锂电池火灾灭火器的开启手柄连接，所述电磁阀8由数据处理装置18控制开启/关闭。

进一步的，所述锂电池引燃装置5为加热器，所述数据处理装置18是计算机。

进一步的，所述进风口2和出风口3的开口面积能够调节，从而调节风速，控制空气流量。

进一步的，所述烟气分析仪至少可测量O₂及CO、CO₂、HF锂电池燃烧特征气体，数量为1-3个。

进一步的，所述热电偶树13包含铠装热电偶2-8个，铠装热电偶的直径为0.5-3mm。

进一步的，所述排放管路包括依次连接的高压软管10、不锈钢管11，所述高压软管10与待评价锂电池火灾灭火器6连接，不锈钢管11与喷头12连接。

进一步的，所述锂电池通过外部加热或穿刺或过充的形式着火。

进一步的，所述试验箱1内部空间为立方体，体积为1-30m³。

一种快速评价锂电池火灾灭火性能的试验装置的试验方法，包括以下步骤：

A)前期准备：将待评价的灭火器6接入自动灭火控制装置，调整试验箱1上进风口2和出风口3的开口面积；将用于测量氧气浓度和热分解气体产物含量的烟气分析仪采样器14、测量灭火时间的高速摄影仪15和测量锂电池燃烧温度的热电偶树13分别设置到相应位置；这些测量装置分别与数据采集器17连接；将固定模型的锂电池放置在实验箱预定位置；

B)测试过程：开启测试软件，引燃锂电池，关闭试验箱门，启动自动灭火装置，风速仪16、高速摄影仪15、烟气分析仪采样器14、热电偶13实时记录记录灭火过程，实时采集氧气浓度，热分解气体产物含量和火焰燃烧温度，并上传至数据处理装置18；

C)后续处理：当高速摄影显示火焰全部熄灭，关闭自动灭火装置，停止喷射灭火剂，将进风口和出风口的开口面积调至最大，开始排烟；数据处理装置18记录采集的数据，并生成采集数据随时间的变化曲线，称量灭火器质量，试验结束。

本发明的有益效果在于：

本发明的有益效果：

1)在试验箱内建立锂电池燃烧模型，测量试验过程中的氧气浓度、热分解气体产物含量及灭火时间和灭火剂用量多个参数，从而实现对锂电池火灾灭火装置性能的全面评价。

2)试验装置设置有进风口和出风口，且通过控制空气流量，能够全真模拟锂电池火灾环境条件。

3)采用气缸推压灭火器手柄的方式实现灭火剂喷放的自动控制，操作简单，灭火器更换方便，试验效率高。

4)针对锂电池起火提供了一套完善的快速评价锂电池火灾灭火性能的试验装置，试验参数测试全面，试验方便，快速、可靠。

5)利用计算机等数据处理装置对采集的数据进行实时处理，从而得到采集数据随时间变化的曲线，便于后续分析和优化的工作。

附图说明

图1是本发明快速评价锂电池火灾灭火性能的试验装置的结构示意图。

图2是图1中灭火器及自动灭火控制装置部位的放大图。

图中，1.试验箱，2.进风口，3.出风口，4.锂电池，5.锂电池引燃装置，6.待评价锂电池火灾灭火器，7.空气压缩机，8.电磁阀，9.气缸，10.高压软管，11.不锈钢管，12.喷头，13.热电偶树，14.烟气分析仪采样器，15.高速摄影仪，16.风速仪，17.数据采集器，18.数据处理装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

参见图1-图2，一种快速评价锂电池火灾灭火性能的试验装置，包括一侧面具有玻璃门的试验箱1，所述试验箱1内放置锂电池引燃装置5和锂电池4；高速摄影仪15对准所述玻璃门进行拍摄，用于记录锂电池4引燃和熄灭的时间间隔；所述试验箱1顶部一角开设出风口3，底部对角开设进风口2，进风口和出风口分别设置风速仪16，用于测量实时风速；至少一个烟气分析仪采样器14伸入所述试验箱1内，用于测试烟气成分及含量；热电偶树13伸入所述试验箱1内，并位于锂电池上方，用于测试火焰温度；待评价锂电池火灾灭火器6通过排放管路自上而下伸入试验箱1内，排放管路末端设有向下的喷头12，喷头对准锂电池；待评价锂电池火灾灭火器6通过自动灭火控制装置进行远程开/关控制；所述风速仪16、高速摄影仪15、烟气分析仪采样器14、热电偶13通过至少一个数据采集器17与数据处理装置18连接；自动灭火控制装置与数据处理装置18连接。

参见图2，所述自动灭火控制装置包括气缸9、电磁阀8、空气压缩机7；所述空气压缩机7排气口设置电磁阀8，电磁阀8与气缸8连接，气缸8与待评价锂电池火灾灭火器的开启手柄连接，所述电磁阀8由数据处理装置18控制开启/关闭。

参见图1，所述锂电池引燃装置5为加热器，所述数据处理装置18是计算机。

参见图1，所述进风口2和出风口3的开口面积能够调节，从而调节风速，控制空气流量。

所述烟气分析仪至少可测量O₂及CO、CO₂、HF锂电池燃烧特征气体，数量为1-3个。

所述热电偶树13包含铠装热电偶2-8个，铠装热电偶的直径为0.5-3mm。

所述排放管路包括依次连接的高压软管10、不锈钢管11，所述高压软管10与待评价锂电池火灾灭火器6连接，不锈钢管11与喷头12连接。

所述锂电池通过外部加热或穿刺或过充的形式着火。

所述试验箱1内部空间为立方体，体积为1-30m³。

高速摄影仪15的拍摄速率为2000fps，数量为1。

风速仪16的量程为0-20m/s，在进风口和出风口处各设置1个。

锂电池4为方形袋状结构，通过加热器5加热着火。

电磁阀8的输入电压为12-24V，气缸9的行程为100mm，通过电磁阀8可控制气缸9活塞的推进和收缩。

加热器的功率量程为0-10kW。

试验箱1内部空间为立方体，体积为3.375m³，试验箱1包含一个门和一个观察窗，门上设有把手和密封装置，观察窗的面积为1m2。

待评价锂电池火灾灭火器6安装在气缸9下，通过气缸9控制灭火器6的喷射和停止。

一种由图1所示装置的快速评价锂电池火灾灭火性能的试验方法，将固定模型的锂电池放置在试验箱内，将待评价的灭火器接入至自动灭火控制装置，然后引燃锂电池，开启灭火装置进行灭火，实时记录锂电池的灭火过程，并采集灭火过程中试验箱内的氧气浓度，锂电池燃烧温度及热分解气体产物含量，然后将采集到的数据上传到数据处理装置。当试验箱内的明火消失，则表示灭火成功，记录氧气浓度、热分解气体产物含量、灭火时间和灭火剂用量，从而实现对锂电池火灾灭火装置性能的综合评价。

具体包括如下步骤：

开启试验箱1的门，在试验箱1内设置好锂电池4及加热器5，调节加热器5到预定的功率。

设置进风口2和出风口3的开口面积，通过风速仪测量风速，使其符合对空气流动的要求。

固定好热电偶树13的温度传感器、烟气分析仪采样器14和高速摄影仪15，并确保其与数据采集器连接正常。

固定待评价锂电池火灾灭火器6的位置，并使其与高压软管10相连，使气缸9能恰好推压灭火器6的手柄，从而实现灭火器6喷射和停止的自动控制。

启动各数据采集软件，开始记录测试数据。

确认各数据采集软件运行正常，关闭试验箱1的门，开启加热器5。

待锂电池4充分燃烧，启动电磁阀8，使气缸9压下灭火器6手柄，开始灭火。

当高速摄影显示火焰全部熄灭，关闭自动灭火装置，停止喷射灭火剂，将进风口和出风口的开口面积调至最大，开始排烟；数据处理装置18记录采集的数据，并生成采集数据随时间的变化曲线，称量灭火器质量，试验结束。

上述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明不限于上述实施例，本领域普通技术人员可以在上述实施例基础上进行简单变换，这种简单变换应视为与本发明等同。