灭火系统设计
张明杰，杨凯，张坚，刘皓，高飞，耿萌萌
(中国电力科学研究院有限公司新能源与储能运行控制国家重点实验室，北京100192) 摘要：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 胀的电池火突，七氟丙坑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3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。 关键词：七氟丙烷；磷酸铁锂储能电池；膨胀空间；燃烧阶段；灭火效果
中图分类号：X924.4,TU892 文献标志码：A
文章编号：1009—0029(2020)05—0649—04
锂离子电池能量己得到广泛应用，而由锂离子电池引 起的火灾爆炸事故也与日俱增。笔者以储能领域常用的 磷酸铁锂电池为研究对象，分析不同膨胀条件下磷酸铁锂 储能电池的热失控以及燃烧行为特性，并研宄七氟丙烷对 磷酸铁锂储能电池的灭火效果。
1实验样品与装置
1.1实验样品
选择商用方形磷酸铁锂储能电池，负极材料为石墨。电池顶部中央设有直径为10 m m的安全阀，电池外形尺 寸为210 mmX135 mmX30 mm，质量为1 850 g，容量为 65 A h，工作电压为2.5〜3.65 V。
1.2实验装置
燃烧灭火实验平台结构如图1所示，图2为实验平台 内实物照片。该平台可实现以电加热方式引发锂离子电 池热失控，利用电打火装置辅助引燃电池并试验复燃，利用七氟丙烷灭火系统对电池进行灭火。同时，由数据采集 装置采集热失控过程中电池的温度以及电压数据，由高清 摄像装置采集热失控过程中的影像数据。
2实验方法
选用两只同型号同荷电状态（l〇〇°/«s〇c)的方形磷酸 铁锂储能电池，编号为LFP-1、LFP-2，在燃烧灭火实验 平台中引发电池热失控并引燃，实验条件见表1所示。
灭火时机选择为电池开始燃烧后1min左右。
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2.1自由膨胀电池灭火实验行程限位器
取LFP-1称重并恒流恒压充电至满电，固定在实验 平台上时只固定底部。以750 W加热板加热的方式引发电池热失控并利用电打火装置引燃电池。利用K型热电 偶采集温度数据，采样点如图3所示。利用七氟丙烷灭火 并观察灭火效果与抑制电池复燃效果。
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1.数据采集装置:
2.七氟丙烷灭火装置：
3.灭火装置开关：棱镜片
4.灭火剂管路；
5.灭火剂喷头：
6.电打火装置；
7.电加热装置:
8.电池固定座：9.顶部排风装置；10.实验平台箱体加热平台
图1燃烧灭火实验平台示意图
图2燃烧灭火实验平台内部实物图
表1电池燃烧灭火实验条件表
编号
灭火时间
/min膨胀条件
灭火剂用量汽车电动踏板
/
kg七氟丙烷体积分数LFP-1燃烧1自由膨胀 1.59%
LFP-2燃烧1夹板限制膨胀 1.59%
+■
正面反面
1.电池中部与加热板接触处：
2.电池顶部：
3.电池底部:
4.电池安全阀上方10 cm处
图3热电偶位置布置示意图
基金项目：国家电网公司总部科技项目“锂离子储能电池灭火技术探索研宄”(DG71-18-002)
消防科学与技术2020年5月第39卷第5期64
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