電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
目前，國內外相關研究緊要聚集在鋰電池熱特性理論、電池材料及電解液熱穩定性等方面，對鋰電池，尤其是三元鋰電池生，加工過程中的滅火技術缺少深入的研究。由此，本文以鋰電池加工中的充放電循環為例，從其火災危險性著手，對其有效的滅火技術措施進行分解設計。
2鋰電池充放電循環火災危險性分解
三元鋰電池火災危險緊要體今朝充放電循環加工環節，其火災危險性如下：
（1）鋰電池加工過程如粉塵管控不足，金屬粉塵進入電池內，刺穿隔膜，充放電循環式，形成內短路，引發火災甚至爆炸。行業內此類事故多發。
（2）充放電循環時，如設備異常造成充電電壓高于設計電壓值，電芯本體會因為溫度不斷升高點燃內部電解液等易燃易爆物質，發生內部熱失控，引起火災，甚至爆炸。
（3）異常情況下，電池正負極殼體外部短路時，短路點的大電流擊穿電芯，引起電芯冒煙起火。
（4）充放電設備存放多顆電池，設備內部容積有限，發生熱失控解決不及時，高溫引起內部電解液揮發，會形成引起易燃易爆環境，造成火災爆炸事故。
（5）充放電廠房加工區域內，設備往往呈巷道式布置，一顆電芯發生火災爆炸，倘若滅火、排煙不及時，會引起整改區域火情、煙霧蔓延，造成較大火災爆炸事故，或救援人員人身傷害。
因此，考慮到鋰離子火災危險性大，充放電循環設備設計多種、綜合的消防滅火其他有關充放電加工工序的火災的及時有效處置非常關鍵。
3鋰電池充放電循環加工工序火災設計原則
應對鋰電池火災，首先要從設計上要考慮多重手段，本質安全與管理手段并行，多管齊下：緊要遵從如下原則：
（1）既要有效、又要及時；盡力將火災控制在單個庫位單個電芯，戒備波及到其他區域。
（2）既要滅火，又要排煙；既要戒備火勢造成財產損失，又要戒備火情或煙霧對救援人員造成傷害
（3）既要從源頭控制，又要從全局考慮；考慮對單個庫位及整個區域的影響。
（4）既要設備設施應和，又要人為干預。自動與手動相結合。
4綜合滅火措施的設計
4.1設備本質安全設計及設備消防設計
以某廠“充放電循環產線”為例，其中設備采用巷道式布置在狹長關閉空間，通道上運行堆垛車，并作為消防通道，廠區狹小，設備密集，電池存放量大。
4.1.1本質安全設計
循環探測設備針床內部蘊含探測監控軟件實時采集鋰電池在充放電過程中的電壓、電流、溫度數據。設備程序針對鋰電池的循環過程中出現的異常等級設計了兩種不同層級的保護邏輯，通過自動切斷充放電循環來防止電池出現冒煙起火：
一級保護：指單電芯在充放電過程中單個采樣點的電壓、電流、溫度采樣數據上升、下降、波動并超出設定的閾值，軟件監測到此類數據時會聯鎖停止單電芯充放電過程，戒備發生冒煙起火。
二級保護：在某一設定的時間周期內，采樣電壓繼續波動點數及波動值超出設定的閾值，軟件在測試到此類異常數據時立刻通知電源柜停止夾具內所有電芯的充放電流程。
4.1.2設備消防設計
循環設備前后方各一個煙霧檢測器，電芯殼體溫度測試探頭（內置于探測針床），電壓電流溫度采樣線，惰性氣體噴發嘴（噴發1230滅火劑），探測針床的上下夾具接口設置有可自動閉合的消防門即設備門，消防門閉合后針床內部可形成一個與外界完全隔絕的環境。設備外部配備1230自動滅火系統，應對電芯冒煙起火的自動應和。
單電芯在充放電時，在某一設定的時間周期內，同一個針床內N個電芯的殼體溫度采樣值超出設定的閾值（N值可任意設置），或任一煙霧檢測器測試到煙霧信號且任一電芯殼體溫度采樣值超出設定的的閾值，此時探測針床立刻將電芯與探針組分離，自動將消防門閉合（隔絕外部空氣進入），并控制惰性氣體儲氣罐閥門自動打開向探測針床內噴發1230惰性氣體，1230氣體為新型滅火劑，專門針對鋰電池火災處置，自動應和反應迅速，6s即可應和，60s內即可對火情進行有效壓制。
同時，設備每個庫位設計水噴淋系統，水消防管路布局合理，庫位內設計有噴淋機構，噴淋區域能夠傾覆整個庫位。設備水噴淋系統作為1230滅火劑的補充使用。當1230不能有效撲滅火情時，手動啟動消費水噴淋，對庫位進行滅火壓制；
每層庫位配備排煙系統，火災發生時，操作裝置在信號用途下將閥門打開，進行排煙。
4.2廠房建筑防火滅火布置設計
結合建筑防火設計規范要求，同時針對鋰電池行業危險性，對廠房建設防火設計如下：
4.2.1防火分隔
充放電循環區域應進行獨立的防火分隔，隔墻耐火時間大于3h。
4.2.2區域高度
區域設備高度不應超過2m，便于進行滅火救援；貨架只車間頂部距離不少于0.8-1m，預留容煙空間。
4.2.3疏散救援通道
區域縱向設置不少于0.9*1.8m的救援通道；中部位置要設置橫向的應急救援通道，寬度不小于0.9m，并設置安全出口，橫向通道的數量為每隔20m設置一個；
4.2.4安全出口：
區域內最少兩個安全出口，并盡量以對角方式進行設置；區域設置觀察窗。
4.2.5消防設施
（1）按要求設置煙感火災自動報警系統；
（2）區域設置廠房噴霧系統；
（3）設置消火栓系統，要保證有兩股水袋到達任意位置；要設置導流槽收集消防水。
（4）要設置廠房消防機械排煙，要求換氣次數12次/h，最不利點距離排煙口不超過20m。
5結語
鋰電池綜合滅火技術設計，在實際使用中，在處置電池充放電循環探測過程中的火災事故上非常有效。優點如下：
（1）設備防止火災本質安全設計能夠快速及時應和，溫度異常、電壓異常，煙感感應燈多種觸發邏輯，及時切斷充放電動作，戒備電池起火。
（2）能夠快速有效壓制初期火災，有效控制鋰電池起火后的蔓延，控制在局部。N-1230滅火劑專用于鋰電池起火，自動觸發，6S即可應和，快速將火災風險扼殺在初期萌芽狀態；當1230效果不佳時，還能手動開啟設備水噴淋對單庫位火災進行處置。
（3）蜂巢式庫位設計及庫位的防火材料，能夠為滅火爭取時間，戒備火情向其余區域蔓延。
（4）設備設置自動排煙系統，戒備煙霧蔓延到其他區域；
（5）廠房設置自動報警、噴淋水、消防栓系統、廠房排煙系統，能有效應對初期火勢處置失控的蔓延。
綜上所述滅火技術、系統針對性強，能夠快速、有效、及時的解決鋰電池充放電循環起火，戒備蔓延與波及，降低財產損失，也能保障應急人員的人身安全。
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