一种锂电池细水雾灭火性能实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池安全测试技术领域，尤其一种锂电池细水雾灭火性能实验装置及方法。

背景技术

锂离子电池由于拥有高效的能源储备和循环性能，近些年来得到了大力发展，在便携式设备如手机、平板、智能手表上大规模使用，且随着新能源汽车的大力发展，锂离子电池发挥了巨大的作用。此外，锂离子电池相较于其他电池体系还拥有高能量比、低记忆性、高输出电压以及较好的安全性等优势，因此其占据了电池大部分的市场。然而，锂离子电池在受到挤压、针刺、过充及过热的情况下易发生热失控，造成电池安全阀破裂，同时释放出如一氧化碳、氟化氢、甲烷和氢气等易燃易爆有害气体，对人的生命财产安全造成严重威胁，因此寻找一种合适的灭火剂对锂离子电池灭火十分重要。

根据1978年颁布的蒙特利尔议定书，作为高效灭火剂的哈龙灭火剂已被全面废除，从那时起，细水雾被认为是替代哈龙最有效的候选灭火剂之一。细水雾灭火系统具有气体灭火和水灭火的双重优点，同时其工程和安装成本低、对火灾反应速度快、灭火耗水量少、水渍损失低、不污染环境、灭火效能高、电绝缘性较好等，是哈龙灭火剂的理想替代品,目前已成为当今国际火灾安全技术前沿的研究热点之一。据当前国内外学者对锂电池火灾及灭火的研究表明，大部分的研究者关注的是锂电池热失控或燃爆规律以及含有添加剂的细水雾扑灭电池火灾的研究，而忽略了细水雾特性参数对灭火性能的影响。细水雾的特性参数对细水雾的灭火成败起着决定性的作用，其中雾滴粒径、雾滴喷洒状态以及喷射分散角度等参数都对细水雾抑制锂电池火灾起到重要作用。所以通过改变以上条件来观察不同参数下细水雾的灭火过程并测量灭火后现场温度的变化，以此分析雾滴粒径等参数对锂电池灭火性能的影响，对锂电池细水雾灭火装置的开发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种可以对比细水雾不同参数对锂电池灭火效果影响的实验装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种锂电池细水雾灭火性能实验装置，包括：

灭火实验端，包括氮气压力罐、储水罐、可拆卸喷头、锂电池组、热失控组以及透明实验箱；氮气压力罐与储水罐的充气口相连接，储水罐的出水口连接一水管，水管的另一端安装有可拆卸喷头；透明实验箱设有一喷水通孔，水管带有可拆卸喷头的一端通过该喷水通孔伸入至透明实验箱中；锂电池组放置于透明实验箱中，热失控组与锂电池组相连接以制造热失控条件；

数据采集端，包括摄像机、高速摄像机、温度采集器以及气体分析仪；摄像机布置在透明实验箱内部，高速摄像机布置在透明实验箱之外并紧邻透明实验箱外壁，温度采集器与锂电池组相连接，气体分析仪设置在透明实验箱上；

控制端，与灭火实验端的氮气压力罐和热失控组分别相连接以控制氮气压力罐和热失控组的开关；与温度采集器相连接，以接收温度数据。

优选的，所述控制端还控制氮气压力罐的压力大小。

优选的，所述可拆卸喷头包括喷射不同粒径大小的细水雾喷头。

优选的，所述可拆卸喷头的安装角度可调。

优选的，热失控组包括温度调节器和循环充放电机，温度调节器设置于锂电池组表面，用于加热锂电池组；循环充放电机通过充电线与锂电池组相连接，用于对锂电池进行过充；根据实验需要选择温度调节器或循环充放电机来制造热失控条件。

优选的，所述透明实验箱上还设置有空气循环装置。

本发明还提供一种锂电池细水雾灭火性能实验方法，采用上述任一装置，包括以下步骤：

S1，控制端设置细水雾的喷洒参数；

S2，控制端开启热失控组，使锂电池组进入热失控状态；

S3，控制端开启氮气压力罐的压力阀门，可拆卸喷头开始喷出细水雾；

S4，控制端接收对数据采集端收集到的实验过程数据，对不同喷射参数的实验数据进行对比，分析细水雾的灭火性能。

优选的，所述S1包括：

通过控制端调节氮气压力罐输出的压力大小来改变细水雾的状态，包括细水雾的雾滴粒径以及浓度分布；

更换不同规格的可拆卸喷头，改变细水雾的雾滴粒径和喷射角度。

优选的，所述S2具体为：根据实验设置需求，选择温度调节器或循环充放电机；若选择温度调节器，则控制端开启温度调节器并设置加热温度；若选择循环充放电机，则控制端开启循环充放电机并设置充电的电压电流参数以达到不同的充电倍率的过充热失控实验。

优选的，所述S4具体为：设置多个具有不同喷射参数和热失控原因的实验组，对比不同实验组采集到的数据，分析细水雾的灭火性能。

本发明具有如下有益效果：

(1)通过设置不同雾滴粒径、雾滴喷洒状态以及雾滴喷射分散角度等参数对细水雾灭火性能的不同影响，为后续细水雾提供高效的灭火依据；

(2)通过循环充放电装置对锂电池组实行过充以达到其热失控燃烧的效果，创造与外部引燃不同的热失控条件，使实验更接近实际锂电池失火情况；

(3)设置透明实验箱保证实验安全性，同时在透明实验箱上设置空气循环装置保证实验箱内部的空气与外部连通，减少透明实验箱的密闭性对灭火实验的影响。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明不局限于实施例。

附图说明

图1为本发明实施例的装置整体示意图；

图2为本发明实施例的透明实验箱的示意图；

图3为本发明实施例的压力罐及蓄水罐的示意图；

图4为本发明实施例的方法步骤图。

具体实施方式

参见图1至图3所示，本发明实施例的装置整体示意图、透明实验箱示意图和压力罐及储水罐示意图，氮气压力罐1包括电动阀2，氮气压力罐1通过电动阀2、柔性压力管3与储水罐7的安全阀5相连接，所述储水罐7通过水管6与可拆卸喷头8相连接，水管6通过透明实验箱16上的喷水通孔伸入至透明实验箱16内，使得可拆卸喷头8可在透明实验箱16中喷洒细水雾；柔性压力管3上安装有压力表4，反映氮气压力罐输出的压力大小

锂电池组11被放置在透明实验箱16中，摄像机9和高速摄像机10布置在锂电池组11附近，其中摄像机9布置在透明实验箱16之内，高速摄像机10布置在透明实验箱之外，摄像机负责记录整个灭火实验过程，高速摄像机则通过透明的实验箱来拍摄灭火过程中细水雾喷射的雾滴状态及喷射的角度，以供后续分析；气体分析仪17安装在透明实验箱16的顶部，用来检测锂电池热失控过程中所产生的气体类型，并可通过灭火过程中气体量的变化来反应灭火效果；温度采集器14连接粘贴在锂电池组11表面的K型热电偶12，采集锂电池组表面温度；透明实验箱16还安装有空气循环装置19，用来保证锂电池内部的空气流通；

温度调节器18安装在锂电池组11表面，用来给锂电池组11加热；除加热可让锂电池组11达到热失控的条件外，也可通过循环充放电机20给锂电池组11进行过充实验，来模拟实际中由于过充而导致锂电池热失控的现象，第一PC机15与氮气压力罐1的电动阀2相连接，以控制电动阀2的开关与压力大小；第一PC机15还与温度采集器14相连接以采集实验过程中的温度数据；第二PC机13与循环充放电机相连接，监测充电过程锂电池组11的电压电流变化。

参见图4所示，为本发明实施例的方法步骤图，包括以下步骤：

S1，控制端设置细水雾的喷洒参数；

S2，控制端开启热失控组，使锂电池组进入热失控状态；

S3，控制端开启氮气压力罐的压力阀门，可拆卸喷头开始喷出细水雾；

S4，控制端接收对数据采集端收集到的实验过程数据，对不同喷射参数的实验数据进行对比，分析细水雾的灭火性能。

具体的，实验开始前，先打开储水罐7的安全阀5，向其中注入一定量的水，之后再将安全阀5归位并扭紧；确保各数据线与PC机之间、水管与储水罐之间、柔性压力管道与压力罐和储水罐之间都连接无误的情况下，可以开始进行实验。

通过第一PC机15调节电动阀2来改变储水罐5内部的高压以设置不同的雾滴喷射状态，包括细水雾雾滴粒径以及浓度分布等状态；通过更换不同规格的可拆卸喷头8来设置细水雾的雾滴粒径和不同喷射分散角度。

将锂电池组11放入透明实验箱16内部，由温度调节器18引燃或通过利用循环充放电机20对锂电池组11进行过充以此来达到使锂电池热失控燃烧的状态，通过第一PC机15控制电动阀2开启进行灭火实验。在电动阀2启动的同时，高速摄像机10立即开始捕捉雾滴的喷射状态及分散角度，摄像机9立即开始对灭火过程进行录像。灭火过程结束后可通过观察摄像机记录下的录像并结合气体分析仪采集的的结果，对不同组实验进行对比并分析各组的灭火效果，第一PC机将展示由温度采集器采集到的不同组锂电池在灭火过程中温度的变化，高速摄像机则负责将每组实验下细水雾雾滴的不同喷洒状态和不同喷射角度记录下来，以供后续对细水雾灭火实验的分析。

可见，本发明提出的一种锂电池细水雾灭火性能实验装置及方法，能够同时测试雾滴粒径、雾滴喷洒状态以及雾滴喷射分散角度等参数对细水雾灭火性能的不同影响，为实际应用细水雾提供高效的灭火依据。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。