磷酸铁锂储能电站电池预制舱消防系统研究

为确保磷酸铁锂储能电站安全可靠运行,降低磷酸铁锂储能电池的火灾风险,针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的火灾防火和灭火系统控制策略展开研究。以磷酸铁锂电池早期热失控及热扩散的特征气体参数为探测对象,对电池热失控状态进行预测预警,及早预测电池异常状态。采用与电池管理系统（BMS）智慧联动,提出多层次火灾报警控制策略,以控制电池舱爆炸风险隐患,保障储能系统安全。     

七氟丙烷对磷酸铁锂储能电池的灭火效果

以磷酸铁锂储能电池为实验对象，研究了自由膨胀、夹板限定膨胀的空间条件下，七氟丙烷灭磷酸铁锂储能电池火灾过程中温度、电压的变化，分析灭火效果。结果表明，对于自由膨胀的电池火灾，七氟丙烷可以有效终止其热失控反应；对于膨胀受限的电池，电池本身热失控过程更剧烈，灭火后持续升温时间更长，电池出现第二次热失控甚至出现复燃现象。在实际应用中，应当综合考虑安全性以及成本问题，给电池设置适当的膨胀空间，七氟丙烷灭火剂也应尽早释放。     

不同灭火装置对磷酸铁锂电池模组火灾的灭火效果

为了验证不同灭火装置对储能电池模组火灾的灭火效果,按照实际预制舱搭建试验平台,分别考察了七氟丙烷、全氟己酮、热气溶胶、细水雾等灭火装置针对预制舱中单个储能电池模组火灾的灭火效果。试验结果表明,针对储能电池模组火灾,需要考察灭火剂的灭火效果和降温能力。部分灭火剂可以扑灭初期火灾,但是难以中断储能电池内部的持续反应,可能发生复燃。     

基于实体试验的磷酸铁锂电池火灾危险性分析

为研究动力锂离子电池的火灾危险性,以大容量磷酸铁锂电池为研究对象,开展了电池单体的燃烧试验及电池模组的量热试验,获得温度变化曲线和热释放速率曲线。试验结果表明:在外部加热的条件下,电池表面温度在150℃以上磷酸铁锂电池有发生热失控的风险;额定电压12.8 V、额定容量200 Ah的磷酸铁锂电池模组发生热失控,电池模组所释放的总热值约为366 MJ,最大热释放速率约为240 k W。此试验方法可用于量化分析不同材料动力电池的燃烧特性电池;     

预制舱式磷酸铁锂电池储能系统安全性分析研究

电化学储能是开展电网调峰平谷、风/光能并网,实现“双碳”目标的关键环节,在政策导向和市场需求的双擎推动下迅猛发展,国内以磷酸铁锂电池储能预制舱/电站等形式大量涌现。然而,锂离子电池储能系统本身具有燃烧爆炸风险、成组密集布置进一步增加其发生热失控火灾事故的风险,同时由于电化学储能系统涉及固体、液体、气体及电气火灾等多种形式,给灭火救援处置提出了新的挑战。本文对电化学储能电站的安全性进行分析,并通过锂离子电池储能箱的全尺寸实验进行验证,获取其热失控过程中温度、气体浓度等多种参数,揭示锂离子电池储能箱热失控过程的机理,分析规模化电化学储能系统的火灾风险。研究结果显示,磷酸铁锂电池在热失控燃爆过程中电芯温度、环境温度出现明显变化,其中电芯温度可达700 ℃以上,在规模化应用条件下,磷酸铁锂电池热失控风险高,发生燃爆事故的危害大。因此,电化学储能电站需要从产品标准、设计规范、应急处置等方面加强安全管控,尤其需要开展适用于锂离子电池储能系统的预警装置和热管理技术研究。     

热过载锂电池失控特性及其早期探测模式研究

为提高消防部门应对锂电池火灾时的灭火救援能力,开展了热过载条件下三元锂、锰酸锂及磷酸铁锂电池的热失控试验,发现三元锂及锰酸锂电池的热失控特性较为类似,依次经历了"变形—冒烟—火星四溅—着火"四个阶段,而磷酸铁锂电池仅冒出大量白烟,未发生燃烧;对锂电池热失控逸出的气体进行了分析,发现锂电池特别是磷酸铁锂电池热失控会产生大量CO、H_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、PF_5等有毒有害烟气,消防部队在扑救此类火灾时,必须引起高度警惕。在此基础上,探讨了锂电池火灾的早期探测报警模式,提出了气体探测作为锂电池火灾探测主要指标的较优方案。     

预制舱式磷酸铁锂电池储能电站防火设计

预制舱式磷酸铁锂电池储能电站在我国应用较为广泛,其消防安全问题是国内外关注的焦点问题。本文通过开展磷酸铁锂储能电池模块在过充条件下的燃烧特性试验,分析总结了预制舱式磷酸铁锂电池储能电站火灾发生发展的特点,并以此为依据,从火灾危险性、防火间距、火灾预警策略、灭火系统设计、消防给水及消防车道等方面提出储能电站防火设计的基本原则。     

水基型火探管式灭火技术扑救锂离子电池火灾有效性研究

为了能够在早期快速扑灭锂离子电池火灾,基于火探管材料,选择水作为灭火剂,自行制作了小型的水基型火探管式灭火系统,研究火探管材料扑救锂离子电池火灾的有效性,开展了不同用水量及驱动压力下的锂离子电池火灾抑制试验。结果表明：火探管材料可以在电池热失控触发后迅速响应,释放灭火剂,抑制电池热失控产气燃烧并对电池快速降温;该系统的冷却降温能力与用水量呈正相关,随着用水量增加,电池的表面最高温度与高温持续时间大大降低。当用水量为100 mL时,0.5MPa的压力不能保证系统及时响应,热失控后的电池出现明火;驱动压力逐渐增加时,系统释放的液滴出现明显的溅射现象,这对系统的冷却降温效能带来了负面影响,当驱动压力为1MPa时,系统的冷却降温性能最佳。对于电池模组热失控引发的火灾,火探管材料可以快速响应,释放灭火剂扑灭初期电池火灾,并阻止电池模组热失控传播。     

全氟己酮和细水雾抑制三元锂离子电池火灾有效性研究

锂离子电池热失控是造成电动汽车火灾事故的首要因素。文章概述了车用锂离子电池热失控火灾危险性及抑制方法,并开展了全氟己酮、细水雾对车用三元锂离子电池热失控火灾的灭火试验。结果表明,三元锂离子电池热失控时表面最高温度超过500℃,表面最大升温速率达到18.93℃/s;全氟己酮灭火剂和细水雾均能有效扑灭电池初期明火,但在灭火后数分钟内电池发生复燃。两种灭火剂均能有效降低电池表面最高温度和最大升温速率。     

锂电池过热诱导失控及其抑制技术

为提高锂离子电池典型应用场所的消防安全等级,优化锂电池生产场所、电动汽车以及储能电站的消防安全设计,分析了三元锂电池过热诱导的火灾行为,并采用"预先抑制、早期喷放"的策略,开展了全密闭环境下三元锂电池单体和模组的热失控抑制试验。研究发现:全密闭环境下的三元锂电池单体在热的作用下,依次经历了鼓包、冒烟、火星喷射及爆燃4个热失控阶段。三元锂电池过热诱导热失控时,电池电压突变较温度更早,宜以电压值作为热失控的早期特征探测参数,灵敏度和精度都更高。全密闭环境下,FK-5-1-12灭火剂对三元锂电池单体的热失控具有良好的抑制效果,并能避免爆燃现象,但未能避免三元锂电池模组的爆燃现象;避免爆燃的关键是热失控探测效能、初始流量设计和喷放时机选择。     

电池储能系统火灾预警与灭火系统设计

基于某梯次电池储能系统实际工程项目需求,结合电池热失控机理,提出了基于VOC、可燃气体、温度、烟雾等的多级预警系统及分级预警策略,对电池进行全周期、连续性监测,确保快速有效地检测出电池热失控状态,实现灭火系统的早期介入。在传统的七氟丙烷灭火系统基础上,增加水喷淋灭火系统,确保能够有效扑灭火灾。以退役磷酸铁锂电芯热失控为例验证了该系统的有效性。     

锂电池穿刺燃烧特性及其抑制技术研究

建立锂电池穿刺试验平台,模拟电动汽车动力电池系统碰撞后起火的事故场景。分析磷酸铁锂电池和三元锂电池在穿刺条件下不同的火灾行为,并开展了磷酸铁锂电池模组穿刺燃烧实体灭火试验。研究发现：在穿刺条件下,磷酸铁锂电池燃烧时间较长,火焰强度较弱,三元锂电池燃烧时间较短,火焰强度较大;干粉灭火剂可有效扑灭磷酸铁锂电池火灾,但不能阻止电池内部发生的副反应,复燃的风险较高。建议消防救援人员在处置电动汽车碰撞火灾事故时,注意防范动力电池系统的复燃。     

含添加剂细水雾抑制三元锂离子电池火灾试验研究

通过自主搭建的锂离子电池燃烧及灭火平台,以三元镍钴锰酸锂电池为研究对象,开展了含添加剂细水雾抑制三元锂离子电池火灾试验,从溶液表面张力、电池最高温度以及降温速率等方面综合分析溶液灭火机理及效果.试验中选择热滥用方式,采用加热炉加热,使三元锂离子电池发生热失控燃烧,采用高清摄像机记录全过程.选取十二烷基苯磺酸钠、十二烷基...     

基于综合管廊火灾特性的细水雾灭火系统应用研究

综合管廊电力电缆舱室具有较高的火灾危险性,一旦发生火情,极易酿成重大火灾事故。笔者研建了综合管廊实体火灾试验平台,开展了不同工况条件下的细水雾灭火系统局部应用与全淹没应用灭火试验研究。研究表明,对于综合管廊电力舱,细水雾灭火系统宜采用全淹没灭火方式;若需采用局部应用灭火方式,应对着火分区与相邻分区同时喷射细水雾,并保证一定的灭火区间长度和喷雾强度。灭火过程中,通风排烟系统与门窗洞口严重影响细水雾灭火性能,火灾时应及时联动关闭;全淹没应用时,适当增大系统喷雾强度,是保障细水雾高效能灭火的关键。