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，放熱量較小；

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(jié)構(gòu)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(jié)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(guān)量信號，探測器開關(guān)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(guān)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(zhuǎn)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(guān)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(guān)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。