中诺ZY6257E-DC-10MW-PC电池热特性测量系统

ZY6257E-DC-10MW-PC电池热特性测量系统

一、适用范围：

适用于电池单体、模块、20英尺电池集装箱在燃烧时测量出释放热的总量；能够满足圆柱、软包、方形硬壳等各类型容量在500Ah以下的电池单体和模块样品。

是以通过燃烧产物气流中氧气浓度计算出的氧气消耗量以及燃烧产物时热释放速率为设计原理。材料的热释放速率也是材料燃烧性能中最重要的参数。该设备能比较准确地测量材料燃烧过程中的热释放速率。此仪器测试便捷精准，对于预测火灾危害及其阻燃防治处理极为重要。

此仪器为非标定制。

二、参考标准：

2.1参考GB/T27904-2011《火焰引燃家具和组件的燃烧性能试验方法》标准；

2.2参考GB/T25207-2010《火灾试验表面制品的实体房间火试验方法》和ISO9705.1~2:2016标准

2.3参考GB/T38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》标准；

2.4参考GB31241-2014《便携式电子产品用锂电池和电池组安全要求；

2.5符合GB/T29838-2013《燃料电池 模块》标准要求。

参考了以上标准设计。

三、针对电池单体、模块、20英尺电池集装箱燃烧时的技术分析：

3.1根据20英尺电池集装箱内容积为长5.85x宽2.23x高2.15米，预估热释放总量为10MW；

3.2电池燃烧时收集系统:

3.2.1燃烧时应能收集试验期间燃烧所产生的全部烟气，20英尺电池集装箱内容积为长5.85x宽2.23x高2.15米，收集塔预计做到7.62m*7.62m，离地面高度5m，才能有效全部收集到烟气。根据标准ISO9705.1-2016第7节；（GB/T25207和ISO9705， 500KW 烟气收集塔为3m*3m；美国The NIST 3 Megawatt Quantitative Heat Release Rate Facility 3MW烟气收集塔为9m*12m）；

3.2.2收集管道（即测量段）：要求直径1.52m，长度7.66m；最大吸风量为30m3/s；

四、试验场地建设：

4.1整体试验规划：为了安全，整体实验室为三部分规划：燃气和空气室为一独立房间；控制室为一独立房间；试验区域放置在大的空间里，四面要通风良好；

4.2控制室：为远程控制，通过监控观察试验过程；

4.3燃气和空气室：安装排气风机和燃气泄漏报警器；

4.4试验区：

4.4.1要有足够大的面积，高度为15米高；

4.4.2四周要保持空气流通，能维持空气中的氧气为标准大气压下正常值（20.97%）。

4.2燃气控制部分：

4.2.1燃料采用管道天然气，设备具有与管道天然气相配的燃气供给系统和燃烧控制系统。

4.2.2为了使气化后燃气充分燃烧，增加了空燃比例阀，自动调节空气和燃气的比例，可达到最佳燃烧热值。

4.2.3燃烧器：带点火不着和火焰熄灭自动报警装置。

4.2.4燃烧器（含：点火、烧嘴、火焰检测、温度控制等装置）：共12套。

4.2.5燃料消耗量：100~250M3/h.燃料耗气量能满足试验升温速度控制,含有多种工作模式，以适应在各种工作模式下相应经济的燃气使用量。

4.3试验环境要求：

4.3.1水：自来水管；

4.3.2电：AC380V,三相五线制，50Hz，功率65kw；

4.3.3要求环境：通风良好，操作方便。周围无易燃、易爆物品。

总结构图

一、仪器主要特点：

1.1控制部分采用嵌入式工控机控制，信号的收集和处理采用16位高精度板卡，精度等级可达到百分之一，性能稳定，重复性好。

1.2计算机控制界面：采用高档设备和仪器专业开发软件（Labview)，界面严谨，自动化程度高，所有的繁琐程序和运算都已集成计算机里，反应速度非常快，操作方便，人性化界面，傻瓜式操作。

1.3操作软件：Windows xp操作界面，Labview风格，完善的安全机制。计算机输出数据为燃烧热释放速率、总释热量、质量损失速率、烟气释放速率、火焰传播指数、CO2生成速率、烟雾浓度等。测试期间实时显示热流--时间曲线，质量流量--时间曲线，总热释放率--时间曲线，二氧化碳CO2产生量，一氧化碳CO产生量，烟的产生量，表面温度--时间曲线。

二、主要性能参数：

2.1整机由试验架、20英尺模拟集装箱、称重装置（质量损失）、样品触发源、排气点燃装置、锥形收集器、排烟管道、测量装置、风机、气体分析仪等组成。

2.2试验架及称重装置：

2.2.1试验架：长度1200mm，宽度500mm；见图2；

2.2.2称重装置：量程为50kg，精度为1g，带有RS485输出接口，由计算机实时跟踪和采集数据，形成质量损失与时间的曲线；

2.2.3称重装置带有远程传输信号功能；

2.2.4由计算机接收称重装置传来的信号，可监控、绘制质量损失的实时曲线；

2.2.5测试质量损失的装置具有耐温功能；

2.2.6电池放置在称重台面上，距地面127mm±76mm；

2.2.7称重台位于收集罩的几何中心的正下方；

2.2.8称重台面为500mm*500mm。

图2、试验架及称重装置

2.3模拟20英尺集装箱：

2.3.1集装箱为顶部为开口式；

2.3.2内部容积：长5.85x宽2.23x高2.15米；

2.3.3引燃方式：采用外部加热触发。

2.4样品触发源：

2.4.1外部火焰点燃触发源：见图3

2.4.1.1外部火焰点燃触发源由标准点火器和供气系统组成

2.4.1.2标准点火器壳体选用1.0mm钢板焊制，尺寸170*170*145mm，壳体由金属网分为上下两层，分别填装鹅卵石和砂子，下层鹅卵石的填装高度为100mm，上层为砂子与点火器上缘齐平，砂的粒径2-3mm，鹅卵石的粒径为4-8mm.

2.4.1.3气源：由纯度不少于95%的液态丙烷的瓶组，减压器，稳压器，测量装置及输气管道等组成.

图3外部火焰点燃触发源

2.4.2外部加热触发：图4

2.4.2.1采用电加热板加热，灼热燃烧。其表面覆盖陶瓷金属；

2.4.2.2规格：长500mm，宽350mm；

2.4.2.3加热功率：3kw；

2.4.2.4控制方式：通过恒压源控制电加热器；

2.4.2.5加热触发装置安装位置：将加热装置的加热面与电池单体表面直接接触。

图4、外部加热触发装置

2.4.3针刺触发：图6

2.4.3.1组成：由加压装置和针尖头组成；

2.4.3.2刺针材料：钢材；

2.4.3.3刺针直径：3mm~8mm；

2.4.3.4针尖形状：圆锤形，角度为20°~60°；

2.4.3.5针刺速度：0.1mm/s~10mm/s可设定；

2.4.3.6针刺位置及方向：选择能触发电池单体发生热失控的位置和方向，（例如垂直于极片的方向）

2.4.3.7加压吨位：为2吨；

2.4.3.8转动机构：采用伺服马达+滚珠丝杠。

2.5排气点燃装置：

2.5.1被测样品热失控初期排放的可燃气体，采用外部点燃装置；

2.5.2点燃方式：采用高压点火方式，远程控制；

2.5.3点燃时间：1~10s可设定；

2.5.4点着后，此装置自动转移到火源之外