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鋰電池火災特點

鋰電池滅火主要是由于熱失控原因造成的，如果需要滅火，首先需要搞明白熱失控的真實原因。

引起鋰電池熱失控的因素主要有外部短路、外部高溫和內(nèi)部短路。

◎內(nèi)部短路：由于電池的濫用，如過充過放導致的支晶、電池生產(chǎn)過程中的雜志灰塵等，將惡化生成刺穿隔膜，產(chǎn)生微短路，電能量的釋放導致溫升，溫升帶來的材料化學反應又擴大了短路路徑，形成了更大的短路電流，這種互相累積的互相增強的破壞，導致熱失控。下面以鈷酸鋰電芯為例，簡述一個典型熱失控過程。

A：準備階段，電池處于滿電狀態(tài)；

B：內(nèi)短路發(fā)生，大電流通過短路點而產(chǎn)生熱量，并通過LiC6熱擴散，達到SEI膜分解溫度，SEI膜開始分解，放出少量CO2和C2H4,殼體輕微鼓脹，隨著短路位置的不斷放電，電池溫度的不斷上升，電液中鏈狀溶劑開始分散，LiC6與電液也開始反應放熱，伴隨著C2H5F\C3H6\C3H8產(chǎn)生，但反應較慢，放熱量較��；

C:隨著放電的進行，短路位置溫度繼續(xù)升高，隔膜局部收縮融化，短路位置擴大，溫度進一步升高，當內(nèi)部溫度達到Li0.5Co02的分解溫度時，正極瞬間分解，并釋放O2,后者于電液瞬間反應放出大量熱量，同時放出大量CO2氣體，造成電池內(nèi)壓增大，如果壓力足夠大，沖破電池殼體，引起電池爆炸；

D:如果殼體炸開，極片散落，溫度不會繼續(xù)升高，反應終止；但如果殼體只開裂，極片沒有散落，這時LiC6繼續(xù)與電液反應，溫度會繼續(xù)升高，但升溫速率下降，由于反應速率較慢，所以可以維持較長時間；

E:當電池內(nèi)部反應的產(chǎn)熱速率小于散熱速率時，電池開始降溫，直至內(nèi)部反應完畢；

◎外部短路：實際車輛運行中發(fā)生危險的概率很低，一是整車系統(tǒng)裝配有熔斷絲和電池管理系統(tǒng)BMS，二是電池能承受短時間的大電流沖擊。極限情況下，短路點越過整車熔斷器，同時BMS失效，較長時間的外部短路一般會導致電路中的連接薄弱點燒毀，很少導致電池發(fā)生熱失控事件�，F(xiàn)在，比較多的PACK企業(yè)采用了回路中加熔斷絲的做法，更能有效的避免外短路引發(fā)的危害。

◎外部高溫：由于鋰電池結構的特性，高溫下SEI膜、電解液、EC等會發(fā)生分解反應，電解液的分解物還會與正極、負極發(fā)生反應，電芯隔膜將融化分解，多種反應導致大量熱量產(chǎn)生。隔膜融化導致內(nèi)部短路，電能量的釋放又增大了熱量的生產(chǎn)。這種累計的互相增強的破壞作用，其后果是導致電芯防爆膜破裂，電解液噴出，發(fā)生燃燒起火。

基于以上原因，對鋰電池進行滅火處理，讓我們看下特斯拉和通用的推薦：

1.如果遭遇小火災，火焰沒有蔓延到高壓電池部分，可以采用二氧化碳或ABC干粉滅火器滅火。

2.在徹底檢查火情的時候，不要與任何高壓部件接觸，始終使用絕緣工具進行檢查。

3.儲存氣體的充氣瓶、氣體支柱和其他組件可以達到沸騰液體膨脹蒸汽爆炸的極端溫度。在檢查到事故的“熱區(qū)”前，要進行有適當精細防護的拆解。

4.如果高電壓電池在火災中彎曲、扭曲、損壞，總之就是變得不成樣子，或者懷疑電池出現(xiàn)問題。那么滅火時的用水量不能太少，消防用水要有足夠的量。

5.電池著火可能需要24小時才能完全撲滅。使用熱成像攝像頭，可以確保高電壓電池在事故結束前完全冷卻。如果沒有熱成像攝像頭，就必須監(jiān)控電池是否會復燃。冒煙表示電池仍然很熱，監(jiān)控一直要保持到電池不再冒煙的至少一小時之后。

通用沃藍達的應急救援手冊中對電動汽車的消防滅火是那樣指導的：

  如果電池達到足夠高的溫度，泄漏和釋放電解質(zhì)，電解液肯定是易燃品。這就需要用大量的水來冷卻電池和滅火，因為直流和交流系統(tǒng)沒有接地，消防員可以安全的用水作為主要滅火劑，而且沒有觸電的危險。ABC干粉滅火器不會熄滅電池火焰。消防員應避免在滅火或解脫操作任何高壓組件中的內(nèi)部直接接觸，這會潛在導致電擊。

充電設備消防控制及滅火系統(tǒng)解決方案

1、項目概要

本項目為充電設備提供的電池倉消防系統(tǒng)解決方案。系統(tǒng)包括了火災探測信號接收和發(fā)送裝置、火災信號控制、CO2電池火災冷卻抑制、著火電池安置水箱等幾大項內(nèi)容。

系統(tǒng)運行流程圖

整套系統(tǒng)運行流程如上圖所示，當電池倉位發(fā)生火災后，倉位設置的探測器探測到火災，火災信號傳送至監(jiān)控室，監(jiān)控室發(fā)出警報，通過現(xiàn)場和監(jiān)控室確認火災，啟動CO2保護氣體，并通知堆垛機搬運機器人到達著火電池倉位，堆垛機搬運出著火電池至安置水箱，確認電池處理。

2、火災報警系統(tǒng)設置。

2.1 火災報警系統(tǒng)分為火災探測器、信號輸入模塊、信號輸出模塊、手動滅火按鈕、火災控制上位機等幾大部分組成。

火災報警系統(tǒng)圖

2.2 如上圖所示，每6個電池倉為一個保護區(qū)域，6個電池倉的煙霧和溫度探測器各輸出一路開關量信號，探測器開關量信號由輸入模塊通過信號箱傳送至火災報警控制上位機，上位機將提示報警保護區(qū)，并發(fā)出聲光報警，監(jiān)控室人確認火災后，通過上位機發(fā)出CO2氣瓶啟動指令，（通過與上位機相連接的輸出模塊收到啟動命令后將輸出信號啟動 CO2氣瓶）。也可通過設置在電池倉附近的手動啟動按鈕啟動氣瓶。

2.3 系統(tǒng)供電要求，關于消防設備所有供電應為消防專用電，每組充電柜現(xiàn)場需接入AC220V 1A消防電，（如不能提供消防專用電需設置獨立的UPS，UPS供電后端可直接轉換為DC24V 消防弱電，弱電供電要求為DC24V 30A ）.控制室需接入AC220V 5A消防電。

2.4 設備通訊線借用電池倉主線路橋架。

2.5 通訊模塊和開關電源需安裝在充電設備控制柜中，或單獨制作控制箱。

2.6 設備故障檢測只能檢測到輸入輸出模塊后端故障，對煙霧和溫度探測器的故障不能監(jiān)測。

3、CO2電池火災冷卻抑制系統(tǒng)

CO2電池火災冷卻抑制系統(tǒng)布置圖

3.1 系統(tǒng)布置如上圖所示，CO2電池火災冷卻抑制系統(tǒng)由滅火瓶組，滅火控制閥門、滅火管路、滅火專用噴嘴組成。滅火瓶組選用20L高壓CO2鋼瓶，啟動閥門啟動電源要求為DC24V  2A，滅火管路由高壓紫銅管和高壓軟管組成，管路為環(huán)形布置，保障每個噴頭噴放藥劑均勻，噴嘴為旋風式定制CO2噴嘴。每套系統(tǒng)可保護6個電池倉，CO2噴放保護時間不低于2分鐘。

3.2 相關參數(shù)

噴頭局部布置圖

4、著火電池處理水箱

當電池倉電池發(fā)生火災后，探測器報警啟動CO2冷卻抑制系統(tǒng)的同時，AGV搬運機器人也將收到火災報警信號，到達著火電池倉將著火電池搬運至著火電池處理水箱進行滅火處理。