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火灾频发 锂电池防火策略详解

导读: 锂离子电池内部的电解液是易燃液体,电极是可燃材料,锂电池在过充、短路、过热、穿刺或碰撞等情况下发生热失控,容易起火甚至爆炸,手机、电动自行车或电动汽车因电池着火引发火灾的案例时有发生。本文分享几种针对锂离子电池的防火方案。

  锂电池一般分为锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池因可充电且能量密度高,其应用越来越广泛。锂离子电池的安全性是抑制锂离子电池及相关行业(如新能源汽车)发展的瓶颈。锂离子电池内部的电解液是易燃液体,电极是可燃材料,锂电池在过充、短路、过热、穿刺或碰撞等情况下发生热失控,容易起火甚至爆炸,手机、电动自行车或电动汽车因电池着火引发火灾的案例时有发生。

  作者集20年消防行业工作经验,并与国内外同行广泛交流,从2012年开始研究电动自行车、电动汽车锂离子电池的防火,本文分享几种针对锂离子电池的防火方案。

  锂电池防火策略简介

  锂电池防火需要建立具有战略纵深的多道防线。除了电池内部尽可能使用不可燃或难燃材料让电池具有本质安全性能外,电池外部的第一道防线是防止发生导致电池过热着火的各种诱因,比如过充、短路、撞击等,这就需要对电气系统进行安全设计。

  当第一道防线被突破后(比如电池管理系统发生故障未能及时切断充电电源),电池温度升高,监控系统中的温度传感器或气体、烟雾探测器等应及时发现故障并报警,提醒工作人员处理故障,消除火灾诱因。此为第二道防线。

  当故障未及时处理、第二道防线被突破后,电池燃烧(阴燃)已无法避免,此时消防系统要做的是将燃烧限制在发生故障的电池盒(或箱)内(containment),并能隔离相邻的未着火的电池和设备,避免火势扩大(isolation)。由于锂离子电池热失控后温度极高,现有的非水系灭火剂如气体、干粉无法将电池温度迅速降下来,灭火效果不太理想。因此将电池防火目标设定为控火(controlled burn-down),是一种比较现实的方案,技术经济性较强。此为第三道防线。

  如果控火失败火情扩大,对人员财产安全造成严重威胁,则需要启动在车内安装的固定式水基灭火系统或等待消防队来灭火。

  一般来说,第一道和第二道防线由电池制造商或电动汽车制造商考虑。作为消防专业人士,可为客户建立牢固的第三道防线,根据电池的具体型号规格性能进行方案定制,方案所使用的部件来自世界各地,不限于某一种设备或材料。

  锂电池防火方案举例

  此方案借鉴国外先进经验,简单易行。所用防火材料主要成分为颗粒状矿物质,不可燃,不导电,无腐蚀,安全环保,重量极轻,性能可靠且成本合理,可广泛应用于锂电池生产、储存、运输和使用过程中的防火灭火。以下视频为锂电池防火方案测试过程实录。锂电池因加热或过充发热燃烧后,在防火颗粒的保护下,无明火产生,无爆炸发生,仅有白色烟雾冒出,因此可避免锂电池燃烧导致的火情扩大。

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