一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法及系统

技术领域

本发明属于消防安全技术领域，尤其涉及一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法及系统。

背景技术

在“双碳”目标背景下，锂离子电池因其具有高能量密度和长寿命等特点，在电动车、便携式电子产品和电化学储能等各个领域被广泛用作化石能源的替代品。然而，在大规模应用过程中，其生命周期内因热失控引起的火灾和爆炸事故严重阻碍了应用安全。国内外学者开展了很多研究工作，分析锂电池热失控快速处置手段。目前，锂离子电池热失控火灾主要使用灭火剂为C

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于光伏组件发电特性的火灾早期探测预警方法及系统，将锂离子电池热失控过程划分为自身产热阶段和燃烧阶段放热热量，并与液氮气化潜热和氮气温升吸热热量进行对比分析，最终在满足锂离子电池热失控火灾时对液氮的需求前提下，定量得出液氮扑救锂离子电池热失控火灾的液氮用量。

本发明所采用的具体技术方案为：

本专利的第一目的是提供一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法，包括：

S1、获取基础数据：单个锂离子电池质量M

S2、通过基础数据，获取单个锂离子电池发生热失控火灾时产生的热能；具体为：

首先将单个锂离子电池发生热失控火灾划分为自身产热阶段和放热热量阶段；

然后分别计算两个不同阶段单个锂离子电池的产生热量：

在自身产热阶段：Q

式中：Q

在放热热量阶段阶段：

式中：m

S3、获取液氮的吸热热量；具体为：

根据下式计算液氮潜热吸热热量：

W

式中：W

根据下式计算液氮气化后温升吸热热量；

W

式中：W

S4、计算液氮灭火用量；具体为：

建立能量守恒公式：

式中：n为出现热失控锂离子电池的数量；

根据能量守恒公式计算液氮质量：

S5、控制液氮量M

优选地，m

优选地，

优选地，T

本发明的第二目的是提供一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制系统，包括：

基础数据获取模块：获取基础数据：单个锂离子电池质量M

单个锂离子电池热能分析模块：通过基础数据，获取单个锂离子电池发生热失控火灾时产生的热能；具体为：

首先将单个锂离子电池发生热失控火灾划分为自身产热阶段和放热热量阶段；

然后分别计算两个不同阶段单个锂离子电池的产生热量：

在自身产热阶段：Q

式中：Q

在放热热量阶段阶段：

式中：m

液氮吸热热量分析模块：获取液氮的吸热热量；具体为：

根据下式计算液氮潜热吸热热量：

W

式中：W

根据下式计算液氮气化后温升吸热热量；

W

式中：W

液氮灭火用量计算模块：计算液氮灭火用量；具体为：

建立能量守恒公式：

式中：n为出现热失控锂离子电池的数量；

根据能量守恒公式计算液氮质量：

控制模块：控制液氮量M

优选地，m

优选地，

优选地，T

本专利的第三发明目的是提供一种实现上述锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法的计算机程序。

本专利的第四发明目的是提供一种实现上述锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法的信息数据处理终端。

本专利的第五发明目的是提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法。

通过采用上述技术方案，本发明具有如下的技术效果：

本发明首先将锂离子电池热失控过程划分为自身产热阶段和燃烧阶段放热热量，并定量计算得出锂离子电池热失控过程产生的能量，然后定量计算液氮气化吸热的热能，随后将锂离子电池热失控过程产生的能量与液氮气化潜热和氮气温升吸热热量进行对比分析，最终在满足锂离子电池热失控火灾时对液氮的需求前提下，定量得出液氮扑救锂离子电池热失控火灾的液氮用量。

附图说明

图1为本发明优选实施例的流程图；

图2为本发明优选实施例中的系统框图；

图3为本发明优选实施例中拟合公式计算数据与实测数据对比图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

请参阅图1，一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法，包括：

S1、获取基础数据：单个锂离子电池质量M

(1)单个锂离子电池质量M

(2)锂离子电池比热容C

(3)锂电池自身温升速度超过0.02℃/min阶段的最低温度T

(4)电池表面温度不断上升阶段最高温度T

(5)储能集装箱内平均温度T

(6)储能集装箱环境温度T

(7)出现热失控锂离子电池的数量n，通过现场对各电池电压和温度测试分析得到，当电压低于3.2V同时自身温度超过50℃时，则认为内部出现了热失控。

S2、通过基础数据，获取单个锂离子电池发生热失控火灾时产生的热能；具体为：

首先将单个锂离子电池发生热失控火灾划分为自身产热阶段和放热热量阶段；

然后分别计算两个不同阶段单个锂离子电池的产生热量：

在自身产热阶段：Q

式中：Q

在放热热量阶段阶段：

式中：m

S3、获取液氮的吸热热量；具体为：

根据下式计算液氮潜热吸热热量：

W

式中：W

根据下式计算液氮气化后温升吸热热量；

W

式中：W

S4、计算液氮灭火用量；具体为：

建立能量守恒公式：

式中：n为出现热失控锂离子电池的数量；

根据能量守恒公式计算液氮质量：

式中：

其中，T

S5、控制液氮量M

请参阅图2，一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制系统，包括：

基础数据获取模块：获取基础数据：单个锂离子电池质量M

(1)单个锂离子电池质量M

(2)锂离子电池比热容C

(3)锂电池自身温升速度超过0.02℃/min阶段的最低温度T

(4)电池表面温度不断上升阶段最高温度T

(5)储能集装箱内平均温度T

(6)储能集装箱环境温度T

(7)出现热失控锂离子电池的数量n，通过现场对各电池电压和温度测试分析得到，当电压低于3.2V同时自身温度超过50℃时，则认为内部出现了热失控。

单个锂离子电池热能分析模块：通过基础数据，获取单个锂离子电池发生热失控火灾时产生的热能；具体为：

首先将单个锂离子电池发生热失控火灾划分为自身产热阶段和放热热量阶段；

然后分别计算两个不同阶段单个锂离子电池的产生热量：

在自身产热阶段：Q

式中：Q

在放热热量阶段阶段：

式中：m

液氮吸热热量分析模块：获取液氮的吸热热量；具体为：

根据下式计算液氮潜热吸热热量：

W

式中：W

根据下式计算液氮气化后温升吸热热量；

W

式中：W

液氮灭火用量计算模块：计算液氮灭火用量；具体为：

建立能量守恒公式：

式中：n为出现热失控锂离子电池的数量；

根据能量守恒公式计算液氮质量：

式中：

其中，T

控制模块：控制液氮量M

案例一、锂离子电池全尺寸实验平台验证公式：

为验证上述公式的有效性，搭建锂离子电池全尺寸实验平台，使用该平台测试100％SOC 280Ah磷酸铁锂电池燃烧放热总量情况。实验开始前使用7.1kW循环充电机对磷酸铁锂电池充电至100％SOC状态。实验过程中使用14cm×16cm、500W加热片对280Ah磷酸铁锂电池加热触发其热失控，热失控产生气体后使用电点火装置引燃热失控气体。基于耗氧原理，使用热释放速率实验装置采集燃烧烟气中氧气变化量，测试得到电池热失控过程中燃烧释放总热量的变化规律，拟合公式计算数据与实测数据对比情况如下图所示，最大误差率集中于1250s至1850s，最大误差率为15％，可通过调整液氮灭火过程中国吸热热量损失系数

案例二、搭建实尺寸储能集装箱实验平台验证公式：

使用EV-ARC电池热失控实验装置测试280Ah绝热热失控状态下自身发热放热情况，通过测试可以发现在70.62℃(T

为验证液氮灭火最小用量计算公式的有效性，搭建实尺寸储能集装箱实验平台，集装箱尺寸为5830mm×2340mm×2600mm，集装箱实验平台实物图和内部布局如下图所示，主要包括电池模组、热失控触发装置、泄压口、多餐量数据采集设备和液氮灭火抑爆装置。实验前将1块280Ah磷酸铁锂电池充电至100％SOC，将电池紧贴并排成组，在电池侧面安装电加热片。加热片外形尺寸180mm×140mm×2mm、额定功率800W、供电电压AC 220V。加热电池至热失控，电池大量释放可燃气体后15min启动灭火抑爆装置喷放21.48kg液氮。实验过程中，液氮喷射到电池后迅速降低了电池表面温度，液氮喷射口下方的电池温度从291℃经过87s下降至-173℃，产气速率明显下降，未发生燃烧爆炸现象。

一种水枪灭火系统，包括上述的锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制系统。

一种实现上述优选实施例中锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法的计算机程序。

一种实现上述优选实施例中锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法的信息数据处理终端。

一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述优选实施例中的锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。