一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防試驗柜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防試驗柜，主要由消防柜主體、自動報警系統(tǒng)、電池固定支架、熱源模擬系統(tǒng)、測量及監(jiān)測系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)組成。通過多重調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)模擬鋰離子電池著火后不同類型火災(zāi)探測器(感煙、感溫或煙溫一體型等)的靈敏度及響應(yīng)特性、適用于鋰離子電池火災(zāi)的多種氣體滅火劑的滅火效果(包括實際滅火時間、滅火劑用量等)、滅火后不同滅火劑對鋰離子電池性能的影響等因素的研究。本發(fā)明中根據(jù)消防柜體自主設(shè)計了豎直式滅火劑釋放管道，可實現(xiàn)電池著火后將滅火劑在更短時間內(nèi)更充分的釋放到電池柜內(nèi)，大大減小了滅火時間及滅火劑用量，降低了滅火成本及對鋰離子電池的損傷。
【專利說明】一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防試驗柜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池?zé)崾Э氐南腊踩こ填I(lǐng)域，具體涉及一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防柜。
【背景技術(shù)】
[0002]與以往的鉛酸電池相比較，鋰離子電池作為新能源電池不僅更加環(huán)保而且性能更加優(yōu)越，所以應(yīng)用越來越廣泛，其應(yīng)用涉及新能源汽車、電動車、手機等眾多領(lǐng)域。鋰離子電池在儲能方面，通訊基站等方面的作用也越來越明顯。但是鋰離子電池在儲存過程中卻可能會因為自身化學(xué)反應(yīng)放熱積聚或外界熱源影響發(fā)生熱失控，這無疑是鋰離子電池儲存過程中的最大難題。因此研究鋰離子電池儲存過程中的熱失控現(xiàn)象及探測報警系統(tǒng)和消防滅火系統(tǒng)的有效性就顯得非常重要，這也是當(dāng)前安全工程領(lǐng)域尤其是火災(zāi)科學(xué)領(lǐng)域的熱點課題之一。
[0003]由于目前國內(nèi)具有生產(chǎn)大中型鋰離子電池能力的科研單位和公司較少，所以幾乎沒有此類兼具自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防平臺，相關(guān)研究更是少之又少。目前存在的實驗平臺要么只能對單一小型電池進行研究，要么只能對單一因素進行研究，很難對自動報警系統(tǒng)靈敏度、不同滅火劑滅火效果、柜體內(nèi)溫度變化等眾多因素同時進行研究。所以本發(fā)明在很大程度上彌補了這一缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防柜，本裝置通過多重調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)多工況、多因素變化情況下，對鋰離子電池發(fā)生熱失控后電池柜體內(nèi)的自動報警系統(tǒng)及滅火系統(tǒng)的有效性進行驗證并依此提出最佳消防方案。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案:
[0006]一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防柜，該發(fā)明主體部分采用柜體組裝式結(jié)構(gòu)，主要由消防柜主體、自動報警系統(tǒng)、電池固定支架、熱源模擬系統(tǒng)、測量及監(jiān)測系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)組成和排煙系統(tǒng)組成。所述消防柜主體包括帶玻璃觀察窗的對開門、兩側(cè)玻璃觀察窗、內(nèi)部隔板、硅酸鋁防火板、柜體頂部通風(fēng)孔、萬向輪及固定地腳；所述自動報警系統(tǒng)包括獨立式或聯(lián)網(wǎng)型探測報警器，包括感煙、感溫或煙溫一體型火災(zāi)探測器。
[0007]所述消防柜主體四只主梁骨架及其它骨架橫梁均為304不銹鋼鋼管，四周蒙板為不銹鋼(亦可為其它金屬)。
[0008]柜體正面對開門及柜體側(cè)面玻璃觀察窗的材質(zhì)為防火玻璃(防爆玻璃)，可保證鋰離子電池?zé)崾Э睾笱杆賴姵鰵怏w劇烈燃燒時不會破碎。
[0009]所述柜體頂部通風(fēng)孔主要用于平臺內(nèi)部放置的鈦酸鋰離子電池的散熱、發(fā)生火災(zāi)時產(chǎn)生煙氣的排放以及電池柜內(nèi)壓力的泄放等，若實驗過程中需要密閉環(huán)境亦可通過防火板遮擋。[0010]所述萬向輪及固定地腳可實現(xiàn)整個柜體自由移動并通過固定地腳支撐柜體重量。
[0011]所述自動報警系統(tǒng)(頂置型)通過預(yù)留在柜體頂部的開口和法蘭等距離固定在柜體頂端中心線處。
[0012]所述電池固定支架主要用于實驗過程中固定電池防止其脫落，通過螺絲固定在柜體隔板上，電池固定在支架上表面的鐵絲網(wǎng)上，熱源放于支架下方透過鐵絲網(wǎng)對電池加熱。
[0013]進一步的，所述排煙系統(tǒng)主要由集煙罩、防爆風(fēng)機等組成，所述集煙罩尺寸遠(yuǎn)大于柜體上表面積，可在必要時快速抽排電池釋放的氣體和氣體燃燒產(chǎn)物；所述防爆風(fēng)機可防止危險氣體積聚過快弓I起爆炸。
[0014]進一步的，所述熱源模擬系統(tǒng)可采用油池火(酒精、汽油、正庚烷等)、均勻輻射板、電爐等。
[0015]進一步的，所述測量及監(jiān)測系統(tǒng)包括壓力表、熱電偶、壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、攝像機、高精度電子天平等，所述壓力表主要用于監(jiān)測滅火系統(tǒng)內(nèi)滅火劑的壓力，所述熱電偶主要用于記錄電池表面溫度和柜體內(nèi)空氣溫度變化，所述壓力傳感器主要用于測量電池表面承受的滅火劑的壓力，所述攝像機主要用于記錄柜體內(nèi)電池從受熱到釋放氣體燃燒甚至爆炸的實時動態(tài)，所述高精度電子天平主要用于稱量實驗前后滅火劑的質(zhì)量變化。
[0016]進一步的，所述滅火系統(tǒng)由二氧化碳滅火裝置、七氟丙烷滅火裝置、Novecl230滅火裝置、兩根豎直式滅火劑釋放管道、滅火劑噴頭及連接管道組成；滅火劑可通過豎直式滅火劑釋放管道或滅火劑噴頭兩種方式噴灑。
[0017]進一步的，所述兩根豎直式滅火劑釋放管道分別位于柜體內(nèi)部斜對角處并從上到下貫穿整個柜體，管道從上到下等距離分布若干開孔用于釋放滅火劑；所述兩根豎直式滅火劑釋放管道均可在一定范圍內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)滅火劑噴出角度的調(diào)整以達到最佳滅火效果；所述豎直式滅火劑釋放管道上下兩頭均有螺紋，滅火劑從噴頭釋放時可用配套的蓋子將兩端密封防止滅火劑通過管道泄漏；所述兩根豎直式滅火劑釋放管道也可單獨使用。
[0018]本發(fā)明的原理在于:
[0019]本發(fā)明公開一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防柜，主要由消防柜主體、自動報警系統(tǒng)、電池固定支架、熱源模擬系統(tǒng)、測量及監(jiān)測系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)組成。通過多重調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)模擬鋰離子電池著火后不同類型火災(zāi)探測器(感煙、感溫或煙溫一體型)的靈敏度及響應(yīng)時間、適用于鋰離子電池火災(zāi)的多種滅火劑(二氧化碳、七氟丙烷和NOVecl230滅火劑等)的滅火效果(包括實際滅火時間、滅火劑用量等)、滅火后不同滅火劑對鋰離子電池外形及電化學(xué)性能的影響等因素的研究。本發(fā)明中根據(jù)消防柜體自主設(shè)計了豎直式滅火劑釋放管道，可實現(xiàn)電池著火后將滅火劑在更短時間內(nèi)更充分的釋放到電池柜內(nèi)，大大減小了滅火時間、滅火劑用量，降低了滅火成本及鋰離子電池本身的損失。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0021]1、本發(fā)明在實驗過程中通過多重調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)模擬鋰離子電池著火后不同類型火災(zāi)探測器(感煙、感溫或煙溫一體型)的靈敏度及響應(yīng)時間、適用于鋰離子電池火災(zāi)的多種滅火劑(二氧化碳、七氟丙烷和NOVecl230滅火劑等)的滅火效果(包括實際滅火時間、滅火劑用量等)、滅火后不同滅火劑對鋰離子電池外形及電化學(xué)性能的影響等諸多因素的研究。
[0022]2、本發(fā)明中根據(jù)消防柜體自主設(shè)計了豎直式滅火劑釋放管道，可實現(xiàn)電池著火后將滅火劑在更短時間內(nèi)更充分的釋放到電池柜內(nèi)，大大減小了滅火時間、滅火劑用量，降低了滅火成本及鋰離子電池本身的損失。同時可以方便的將滅火劑噴灑方式更換為噴頭式，對比二者的優(yōu)缺點并對更多影響因素進行研究。
[0023]3、本發(fā)明克服了其它小型試驗平臺的不足，本試驗臺為全尺寸試驗臺，不僅能對單塊電池進行熱失控研究，而且能對多塊電池或者電池模塊進行實驗，大大增加了實驗結(jié)果的可信度。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0025]圖1為發(fā)明整體示意圖。
[0026]圖中:1為電池消防柜體，2為熱源，3為電池固定支架(電池模塊)，4為側(cè)面觀察窗，5為頂部通風(fēng)孔，6為隔板，7為正面雙扇對開門(帶觀察窗)，8為地腳，9為萬向輪，10為豎直式滅火劑釋放管道，11為火災(zāi)探測器(三個)，12為滅火劑噴頭，13為集煙罩，14為防爆風(fēng)機，15為滅火劑儲瓶，16為流量控制閥，17為壓力表，18為高壓輸運管道，19為攝像機。
[0027]圖2為消防柜立體效果示意圖。
[0028]圖3為電池消防柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4為火災(zāi)探測器安裝示意圖。實驗中同時安裝了感煙、感溫和煙溫一體型火災(zāi)探測器，對比其靈敏度。
[0030]圖5為某鈦酸鋰電池尺寸圖。
[0031]圖6為Novecl230滅火過程實物示意圖；(a)熱輻射882s后電池開始噴火；(b)火勢進一步增大；(c)噴火4s后開始施加滅火劑；(d)施加滅火劑15s后火滅。
[0032]圖7為電池正極及附近20cm左右處空氣溫度曲線。
[0033]圖8為電池上表面溫度曲線。
[0034]圖9為電池負(fù)極及附近20cm左右處空氣溫度曲線。
【具體實施方式】:
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實施方式】作進一步描述。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明主體采用柜體組裝式結(jié)構(gòu):柜體內(nèi)部空間由隔板6分成三層(或多層)，豎直式滅火劑釋放管道10位于固體兩斜對角處，火災(zāi)探測器11和滅火劑噴頭12通過法蘭垂直懸掛于柜體頂部，大大縮小了整個實驗平臺所占空間。
[0037]消防柜主體主要包括兩側(cè)玻璃觀察窗4、柜體頂部通風(fēng)孔5、內(nèi)部隔板6、帶玻璃觀察窗的對開門7、固定地腳8及萬向輪9 ;柜體內(nèi)側(cè)左、右、后三面及隔板均覆蓋一層硅酸鋁防火板，防止電池?zé)崾Э睾笠计渌扇嘉?。左右兩?cè)觀察窗4及正面對開門7上的玻璃均為防爆玻璃(防火玻璃)，可避免鋰離子電池?zé)崾Э睾髧姵龃罅繗怏w并燃燒甚至爆炸導(dǎo)致玻璃碎裂而引起人身和財產(chǎn)損失；兩側(cè)觀察窗上的玻璃通過高溫密封膠粘貼到柜體內(nèi)側(cè)，可保證在高溫環(huán)境下不失效。柜體頂部均勻打數(shù)排通風(fēng)孔，主要用于平臺內(nèi)部放置的鈦酸鋰離子電池的散熱、發(fā)生火災(zāi)時產(chǎn)生煙氣的排放以及電池柜內(nèi)壓力的泄放等，若實驗過程中需要密閉環(huán)境亦可通過防火板遮擋。柜體頂部預(yù)留火災(zāi)探測器和滅火劑噴頭安裝孔及法ΛΑ~*.ο
[0038]自動報警系統(tǒng)主要包括獨立式或聯(lián)網(wǎng)型探測報警器11，實驗前根據(jù)熱源位置在柜體中心線上均勻布置感煙、感溫和煙溫一體型三種火災(zāi)探測器，也可布置在與熱源等距離處。獨立性探測報警器可由電池或低壓交流電供電，聯(lián)網(wǎng)型探測報警器則需要連接主機及電源。感溫火災(zāi)探測器是對警戒范圍中某一點或某一線路周圍溫度變化時響應(yīng)的火災(zāi)探測器，它是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號以達到報警目的；感煙火災(zāi)探測器能夠?qū)梢姷幕虿豢梢姷臒熿F粒子響應(yīng)的火災(zāi)探測器，它是將探測部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號實現(xiàn)報警目的一種器件；煙溫一體型火災(zāi)探測器則既可以探測煙霧濃度而報警，又可以探測溫度變化而報警。電池?zé)崾Э剡^程中會產(chǎn)生大量煙霧并伴隨溫度升高，當(dāng)積累到一定程度探測器會自動發(fā)出警報。實驗前將探測器固定好并檢測其是否正常工作。
[0039]電池固定支架3是根據(jù)實驗需要專門設(shè)計用來固定電池的，其上表面為金屬網(wǎng)格，電池可以通過鐵絲或卡箍等方式固定其上，支架通過螺絲固定在柜體隔板6上。熱源2放于支架3下面，隔著金屬網(wǎng)給電池加熱。實驗時先將電池固定在支架上，然后將熱電偶、壓力傳感器等布置在電池表面和極耳處，最后放置熱源。
[0040]熱源模擬系統(tǒng)2可采用油池火(酒精、汽油、正庚烷等)、均勻輻射板、氣體火、電爐等，主要用來模擬電池發(fā)生化學(xué)反應(yīng)熱量積聚或受到外界熱載荷后的響應(yīng)特性。本次實驗中熱源暫定為3kW電爐,通電一段時間后功率會趨于穩(wěn)定。
[0041]測量及監(jiān)測系統(tǒng)包括壓力表17、攝像機19、熱電偶、壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、高精度電子天平等。壓力表主要用于監(jiān)測滅火系統(tǒng)內(nèi)滅火劑的壓力；熱電偶主要用于記錄電池表面溫度和柜體內(nèi)空氣溫度變化；壓力傳感器主要用于測量電池表面承受的滅火劑的壓力；攝像機主要用于記錄柜體內(nèi)電池從受熱到釋放氣體燃燒甚至爆炸的實時動態(tài)；高精度電子天平主要用于稱量實驗前后滅火劑的質(zhì)量變化。實驗時先將電池固定在支架上，然后在電池表面、極耳及極耳附近等典型位置布置熱電偶，并把壓力傳感器固定于電池上表面(用于測量滅火劑對電池的沖擊力)，然后連接書記采集儀并擺放攝像機。
[0042]滅火系統(tǒng)由二氧化碳滅火裝置、七氟丙烷滅火裝置、Novecl230滅火裝置、兩根豎直式滅火劑釋放管道10、滅火劑噴頭12、流量控制閥16及高壓輸運管道18組成。滅火劑可通過豎直式滅火劑釋放管道或滅火劑噴頭兩種方式噴灑，可對比滅火劑種類不同時兩種方式的優(yōu)缺點。當(dāng)滅火劑用噴頭12釋放時需將豎直式滅火劑釋放管道10上下兩端密封，防止滅火劑從此處泄露。三種滅火劑均儲存在高壓鋼瓶中，其中NOVecl230常溫下為液態(tài)需要高壓惰性氣體(如氮氣)將其從儲瓶中壓出。二氧化碳、七氟丙烷等氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)為《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50370-2005) ；1230滅火劑的設(shè)計濃度和設(shè)計用量等參數(shù)則參考美國消防協(xié)會制定的《潔凈氣體滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》(NFPA2001，2012版)和《氣體滅火系統(tǒng)》(IS014520)進行確定。實驗前需選擇滅火劑種類及連接高壓輸運管道，如滅火劑不從噴頭釋放，需將豎直式滅火劑釋放管道10的噴口調(diào)整到合適角度。
[0043]排煙系統(tǒng)主要由集煙罩13、防爆風(fēng)機14組成，其中集煙罩尺寸遠(yuǎn)大于柜體上表面積，可在必要時快速抽排電池釋放的氣體和氣體燃燒產(chǎn)物；防爆風(fēng)機安放于實驗間墻體預(yù)留的空洞內(nèi)，可將氣體抽排到外界從而防止危險氣體積聚過快引起爆炸。
[0044]實施例:
[0045]研究鋰離子電池?zé)崾Э睾笕N不同探測報警器的靈敏度及1230的滅火效果。實驗中所用電池為50Ah鈦酸鋰電池，具體參數(shù)詳見表1，尺寸圖見圖5。
[0046]表1單體鈦酸鋰離子電池技術(shù)參數(shù)表。
【權(quán)利要求】
1.一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防試驗柜，其特征在于該試驗柜主體部分采用柜體組裝式結(jié)構(gòu)，主要由消防柜主體、自動報警系統(tǒng)、電池固定支架(3)、熱源模擬系統(tǒng)、測量及監(jiān)測系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)組成，所述消防柜主體包括兩側(cè)玻璃觀察窗(4)、柜體頂部通風(fēng)孔(5)、內(nèi)部隔板(6)、帶玻璃觀察窗的對開門(7)、固定地腳(8)、萬向輪(9)及硅酸鋁防火板；所述自動報警系統(tǒng)包括獨立式或聯(lián)網(wǎng)型火災(zāi)探測器(11)，包括感煙、感溫或煙溫一體型探測器； 所述消防柜主體，四只主梁骨架及其它骨架橫梁均為304不銹鋼鋼管，四周蒙板為不銹鋼； 所述柜體側(cè)面玻璃觀察窗(4)及正面對開門(7)中觀察窗的材質(zhì)為防火玻璃或防爆玻璃，可保證鋰離子電池迅速噴出氣體劇烈燃燒時不會破碎； 所述柜體頂部通風(fēng)孔(5)主要用于平臺內(nèi)部放置的鈦酸鋰離子電池的散熱、發(fā)生火災(zāi)時產(chǎn)生煙氣的排放以及電池柜內(nèi)壓力的泄放，若實驗過程中需要密閉環(huán)境亦可通過防火板遮擋； 所述萬向輪(9)及固定地腳(8)可實現(xiàn)整個柜體自由移動并通過固定地腳支撐柜體重量; 所述自動報警系統(tǒng)通過預(yù)留在柜體頂部的開口和法蘭等距離固定在柜體頂端中心線處； 所述電池固定支架(3)用于實驗過程中固定電池防止其脫落，通過螺絲固定在柜體隔板(6)上，電池固定在支架上表面的鐵絲網(wǎng)上，熱源(2)放于支架(3)下方透過鐵絲網(wǎng)對電池加熱； 所述排煙系統(tǒng)主要包括集煙罩(13)、防爆風(fēng)機(14)，所述集煙罩尺寸遠(yuǎn)大于柜體上表面積，可在必要時快速抽排電池釋放的氣體和氣體燃燒產(chǎn)物；所述防爆風(fēng)機可防止危險氣體積聚過快引起爆炸。
2.如權(quán)利要求1所述一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防試驗柜，其特征在于所述熱源模擬系統(tǒng)采用油池火、均勻輻射板或電爐；所述油池火采用酒精、汽油或正庚燒。
3.如權(quán)利要求1所述一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防試驗柜，其特征在于所述測量及監(jiān)測系統(tǒng)包括壓力表(17)、攝像機(19)、熱電偶、壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、高精度電子天平，所述壓力表(17)主要用于監(jiān)測滅火系統(tǒng)內(nèi)滅火劑或所用惰性氣體的壓力，所述攝像機(19)主要用于記錄柜體內(nèi)電池從受熱到釋放氣體燃燒甚至爆炸的實時動態(tài)，所述熱電偶主要用于記錄電池表面溫度和柜體內(nèi)空氣溫度變化，所述壓力傳感器主要用于測量電池表面承受的滅火劑的壓力，所述高精度電子天平主要用于稱量實驗前后滅火劑的質(zhì)量變化。
4.如權(quán)利要求1所述一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防試驗柜，其特征在于所述滅火系統(tǒng)由二氧化碳滅火裝置、七氟丙烷滅火裝置、Novecl230滅火裝置、兩根豎直式滅火劑釋放管道、滅火劑噴頭及連接管道組成；滅火劑可通過豎直式滅火劑釋放管道或滅火劑噴頭兩種方式噴灑。
5.如權(quán)利要求4所述一種自帶自動報警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防試驗柜，其特征在于所述兩根豎直式滅火劑釋放管道(10)分別位于柜體內(nèi)部斜對角處并從上到下貫穿整個柜體，管道從上到下等距離分布若干開孔用于釋放滅火劑；所述兩根豎直式滅火劑釋放管道均可在一定范圍內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)滅火劑噴出角度的調(diào)整以達到最佳滅火效果；所述豎直式滅火劑釋放管道上下兩頭均有螺紋，滅火劑通過噴頭釋放時可用配套的蓋子將兩端密封防止滅火劑 通過管道泄漏；所述兩根豎直式滅火劑釋放管道也可單獨使用。
【文檔編號】A62C99/00GK104001297SQ201410217527
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】陳滿, 伍科, 李勇琦, 黃曉東, 郭海峰, 張百華, 劉邦金, 彭鵬, 王青松, 孫金華 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司, 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)