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锂电池专用自动灭火系统 锂电池火灾特点 锂电池灭火主要是由于热失控原因造成的，如果需要灭火，首先需要搞明白热失控的真实原因。 引起锂电池热失控的因素主要有外部短路、外部高温和内部短路。 ◎内部短路：由于电池的滥用，如过充过放导致的支晶、电池生产过程中的杂志灰尘等，将恶化生成刺穿隔膜，产生微短路，电能量的释放导致温升，温升带来的材料化学反应又扩大了短路路径，形成了更大的短路电流，这种互相累积的互相增强的破坏，导致热失控。下面以钴酸锂电芯为例，简述一个典型热失控过程。 A：准备阶段，电池处于满电状态； B：内短路发生，大电流通过短路点而产生热量，并通过LiC6热扩散，达到SEI膜分解温度，SEI膜开始分解，放出少量CO2和C2H4,壳体轻微鼓胀，随着短路位置的不断放电，电池温度的不断上升，电液中链状溶剂开始分散，LiC6与电液也开始反应放热，伴随着C2H5F\C3H6\C3H8产生，但反应较慢，放热量较小； C:随着放电的进行，短路位置温度继续升高，隔膜局部收缩融化，短路位置扩大，温度进一步升高，当内部温度达到Li0.5Co02的分解温度时，正极瞬间分解，并释放O2,后者于电液瞬间反应放出大量热量，同时放出大量CO2气体，造成电池内压增大，如果压力足够大，冲破电池壳体，引起电池爆炸； D:如果壳体炸开，极片散落，温度不会继续升高，反应终止；但如果壳体只开裂，极片没有散落，这时LiC6继续与电液反应，温度会继续升高，但升温速率下降，由于反应速率较慢，所以可以维持较长时间； E:当电池内部反应的产热速率小于散热速率时，电池开始降温，直至内部反应完毕； ◎外部短路：实际车辆运行中发生危险的概率很低，一是整车系统装配有熔断丝和电池管理系统BMS，二是电池能承受短时间的大电流冲击。极限情况下，短路点越过整车熔断器，同时BMS失效，较长时间的外部短路一般会导致电路中的连接薄弱点烧毁，很少导致电池发生热失控事件。现在，比较多的PACK企业采用了回路中加熔断丝的做法，更能有效的避免外短路引发的危害。 ◎外部高温：由于锂电池结构的特性，高温下SEI膜、电解液、EC等会发生分解反应，电解液的分解物还会与正极、负极发生反应，电芯隔膜将融化分解，多种反应导致大量热量产生。隔膜融化导致内部短路，电能量的释放又增大了热量的生产。这种累计的互相增强的破坏作用，其后果是导致电芯防爆膜破裂，电解液喷出，发生燃烧起火。 基于以上原因，对锂电池进行灭火处理，让我们看下特斯拉和通用的推荐： 1.如果遭遇小火灾，火焰没有蔓延到高压电池部分，可以采用二氧化碳或ABC干粉灭火器灭火。 2.在彻底检查火情的时候，不要与任何高压部件接触，始终使用绝缘工具进行检查。 3.储存气体的充气瓶、气体支柱和其他组件可以达到沸腾液体膨胀蒸汽爆炸的极端温度。在检查到事故的“热区”前，要进行有适当精细防护的拆解。 4.如果高电压电池在火灾中弯曲、扭曲、损坏，总之就是变得不成样子，或者怀疑电池出现问题。那么灭火时的用水量不能太少，消防用水要有足够的量。 5.电池着火可能需要24小时才能完全扑灭。使用热成像摄像头，可以确保高电压电池在事故结束前完全冷却。如果没有热成像摄像头，就必须监控电池是否会复燃。冒烟表示电池仍然很热，监控一直要保持到电池不再冒烟的至少一小时之后。 通用沃蓝达的应急救援手册中对电动汽车的消防灭火是那样指导的： 如果电池达到足够高的温度，泄漏和释放电解质，电解液肯定是易燃品。这就需要用大量的水来冷却电池和灭火，因为直流和交流系统没有接地，消防员可以安全的用水作为主要灭火剂，而且没有触电的危险。ABC干粉灭火器不会熄灭电池火焰。消防员应避免在灭火或解脱操作任何高压组件中的内部直接接触，这会潜在导致电击。 充电设备消防控制及灭火系统解决方案 1、项目概要 本项目为充电设备提供的电池仓消防系统解决方案。系统包括了火灾探测信号接收和发送装置、火灾信号控制、CO2电池火灾冷却抑制、着火电池安全处置水箱等几大项内容。 系统运行流程图 整套系统运行流程如上图所示，当电池仓位发生火灾后，仓位设置的探测器探测到火灾，火灾信号传送至监控室，监控室发出警报，通过现场和监控室确认火灾，启动CO2保护气体，并通知堆垛机搬运机器人到达着火电池仓位，堆垛机搬运出着火电池至安全处置水箱，确认电池处理。 2、火灾报警系统设置。 2.1 火灾报警系统分为火灾探测器、信号输入模块、信号输出模块、手动灭火按钮、火灾控制上位机等几大部分组成。 火灾报警系统图 2.2 如上图所示，每6个电池仓为一个保护区域，6个电池仓的烟雾和温度探测器各输出一路开关量信号，探测器开关量信号由输入模块通过信号箱传送至火灾报警控制上位机，上位机将提示报警保护区，并发出声光报警，监控室人确认火灾后，通过上位机发出CO2气瓶启动指令，（通过与上位机相连接的输出模块收到启动命令后将输出信号启动 CO2气瓶）。也可通过设置在电池仓附近的手动启动按钮启动气瓶。 2.3 系统供电要求，关于消防设备所有供电应为消防专用电，每组充电柜现场需接入AC220V 1A消防电，（如不能提供消防专用电需设置独立的UPS，UPS供电后端可直接转换为DC24V 消防弱电，弱电供电要求为DC24V 30A ）.控制室需接入AC220V 5A消防电。 2.4 设备通讯线借用电池仓主线路桥架。 2.5 通讯模块和开关电源需安装在充电设备控制柜中，或单独制作控制箱。 2.6 设备故障检测只能检测到输入输出模块后端故障，对烟雾和温度探测器的故障不能监测。 3、CO2电池火灾冷却抑制系统 CO2电池火灾冷却抑制系统布置图 3.1 系统布置如上图所示，CO2电池火灾冷却抑制系统由灭火瓶组，灭火控制阀门、灭火管路、灭火专用喷嘴组成。灭火瓶组选用20L高压CO2钢瓶，启动阀门启动电源要求为DC24V 2A，灭火管路由高压紫铜管和高压软管组成，管路为环形布置，保障每个喷头喷放药剂均匀，喷嘴为旋风式定制CO2喷嘴。每套系统可保护6个电池仓，CO2喷放保护时间不低于2分钟。 3.2 相关参数 名称 相关参数 钢瓶启动阀 启动电压：DC24V 2A 钢瓶 容积：20L 储存药剂量：14KG 尺寸：直径约220 高约900 详见附图 紫铜管 外径：8mm 壁厚：1mm 钢瓶支架 尺寸详见图纸 CO2旋风喷头 直径：约13mm 高度：约30mm 喷头局部布置图 4、着火电池处理水箱 当电池仓电池发生火灾后，探测器报警启动CO2冷却抑制系统的同时，AGV搬运机器人也将收到火灾报警信号，到达着火电池仓将着火电池搬运至着火电池处理水箱进行灭火处理。 |
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