不同灭火装置对磷酸铁锂电池模组火灾的灭火效果

不同灭火装置对磷酸铁锂电池模组火灾的灭火效果

颜久富,彭维民,李坤,孟祥晔

重庆水利电力职业技术学院 402160

摘要：通过在实际的预制舱内进行测试，我们发现七氟丙烷、全氟己酮、热气溶胶和细水雾这些灭火剂都可以有效地抑制储能电池模块的燃烧。经过实际测试发现，在处理储能电池模块的火灾时，有必要评估消防药物的杀菌作用和冷却速度。一些消防药物只能控制初期的火势，而无法阻止储能电池的长期运行，从而导致再次爆炸。

关键词：灭火装置；磷酸铁锂电池；灭火效果

引言

“十四五规划和2035年远景目标纲要”明确表示，为了实现互补互济，强化源网荷储连接，改善洁净能量消纳和存储，促进先进能量存储科技的规模化发展，“碳达峰、碳中和”的政策旨在推动能量存储行业的快速发展，以期更好地实现可持续的可再生能源。近年来，由于科技的飞速进展，中国积极推进大型规模化储能电站的建设，并且取得了显著的成果。然而，由于近年来国内外各种火灾事故的频繁出现，人们对于储能系统的消防安全也越来越重视，尤其是当它们被运用到各种复杂的环境中时，更加需要加强监管。

一、不同灭火装置对磷酸铁锂电池模组试验部分

（一）试验对象

本研究重点关注一种特殊的铝壳磷酸铁锂电池模组，其电压高达25.6V，容量高达2752Ah。该模组由32块单体电池组成，每块电池的电压分别为3.2V和86Ah。在试验中，我们将BMS从预制舱中移除，以模拟在发生火灾的情况下的状态。为了保证测量的准确性，我们将使用上盖覆盖整个舱体的表面。

（二）试验平台

为了评估储能电站中储能电池模块在遇到火灾时，各种消防措施的应用情况，我们在1∶1的比例中构筑了一个试验室，该室的尺寸是12米，2.4m米，2.6m米，在室内的一边和另外的两边都配备了高级的防护屏，并且还配备了泄气阀。在实验过程中，应该在船舶的正中央放置一个储能电池模块，并确保船舶的左右舷都有防护门。

（三）试验方案

在实验中，使用0.5C和172A恒流的方法来不断地给模块供电，一旦它开始过载，就会导致它的温度升高，从而引起明火。将预燃的时间设定在30s，然后启动消防器材，以检测消防效果。

二、试验结果及分析

（一）七氟丙烷灭火特性分析

1、试验现象

在进行储能电池模组试验时，七氟丙烷灭火装置首次发挥了作用，27.8min后，火势被有效抑制，30s后，七氟丙烷灭火剂被投入灭火，10s内，火势被迅速扑灭，但是白色烟雾仍然不断从储能模组中释放，6.5min后，储能电池模组又一次发生爆燃，试验舱内聚集了大量的白色烟雾，爆燃瞬间的冲击力使得一侧的安全门被迫打开。

2、试验温度数据

经过实际检查，我们可以看到，当前，只有一个安全阀被打开，并且伴随着大量的烟雾，但是此时的温度并没有太多的波动，只有35℃。然而，当电池爆炸时，它的温度会急剧上涨，最终，它的后面的测点会瞬间上涨到240℃。当七氟丙烷被点燃时，它的温度会急剧下降，然而随着时间的推移，它会逐渐恢复到240℃，此时它的颜色是淡灰，当它的温度达到850℃时，就需要进行人工干预。

3、试验结果分析

经过七氟丙烷扑灭磷酸铁锂储能电池模块的实际测试，虽然能够有效地阻止明火的蔓延，但是因为储能电池的内部化学反应依然存在，导致其产生的烟雾和热量不断增加，最终导致储能电池模块的爆炸和长期的焚毁。七氟丙烷灭火剂具有多种有效的灭火机制，包括它们具有高效的吸附性，有效地减少火势的蔓延，抑制火势的扩散，减少火灾的蔓延，有效地抑制火灾的蔓延。

（二）全氟己酮灭火特性分析

1、试验现象

当全氟己酮灭火装置用于灭火储能电池模块的实际情况中，当它们被充满到32.2min分钟的情况下，突然出现了爆炸，随即启动全氟己酮灭火剂，在10s的短暂时间里，火势得到了有效控制，然而，在灭火之后的3.8min分钟，这些储能电池模块又重新出现了火灾。接下来，将通过人为手段来扑救大火。

2、试验温度数据

当安全阀被打开后，电池模块的表面温度会急剧增加，尤其是左侧，由于冒着的热气，温度会更加热烈，达到220℃以上。然而，当模块发动火灾后，温度会急剧攀升，施加完氟己酮灭火剂后，表面温度会有所回落，达到100℃以内，然而，当火势继续蔓延到2190s后，表面温度又会急剧增加，而后，由于人类的介入，表面的温度会有所回落。

3、试验结果分析

当使用全氟己酮灭火剂灭火时，火势会立即消失，而且电池的表层温度也会显著降低，达到100℃，这说明该灭火剂的冷却作用十分显著。然而，由于储能电池的内部反应还没有彻底结束，它们依然会不断地排出有害的废弃物，从而导致再次着火。

（三）热气溶胶灭火特性分析

1、试验现象

当储能电池模块被充满49min，首次爆炸，随即30s内，热气溶胶被激活，迅速进行灭火，但是3s内，火势被显著控制，但是仅仅20s之后，就再次看到了明显的火光，而这次的灭火仍然没有取得任何成功。

2、试验分析

热气溶胶灭火剂可以有效地阻止火势蔓延，但是它的降温效果却不尽如人意，尤其是当储能电池模组燃烧时，其表面温度高达372℃，而喷放完毕后，这一温度只有312℃，这就说明热气溶胶灭火剂无法有效地抑制火势，从而使储能电池模组的火灾得不到有效的控制。

（四）细水雾灭火特性分析

1、试验现象

经过精心设计的消防设备，当储能电池模块经历19.5min的超载使用，突然出现了爆炸，经过30s的预热，消防设备开始使用高效的细水雾灭火技术，经过2.5min的连续喷洒，最终消防设备成功将火势彻底消除。

2、试验温度数据

通过使用中压细水雾灭火设备，可以有效地控制储能电池模块的温度。当它们着陆时，我们可以观察到它们的表面温度会快速上升，并且会超过50℃。此时，我们可以确保它们的底部温度不会继续上涨，而是保持在100℃左右。

总结：

经过详细的实验，我们发现4种不同的消防设备（七氟丙烷、全氟己酮、热气溶胶和细水雾）在扑救预制舱内的单个储能电池模块时，具有良好的抑烟和抑震作用。

（1）当储能电池模组发生燃烧时，由于其具有爆燃性，即使在灭火后，电池内部也会继续发生反应，因此，在设计灭火装置时，必须考虑到其既具有灭火能力又具有良好的降温效果，否则，即使是最先进的灭火装置也很难有效地扑灭火灾。

（2）在进行灭火装置的评估时，我们必须关注它们的抗火性。实际上，七氟丙烷、全氟己酮以及细水雾都可以在初期灭火时起到一定作用，但是当这些装置被使用完毕之后，它们很可能就会再次起火，导致整个储能系统的火灾。因此，我们必须认真研究这些装置的抗火性，以确保它们在灭火过程中不再起火。

（3）与传统的细水雾灭火技术相比，我们的新兴技术更加先进。我们的技术可以有效地抑制烟气，并且可以通过《GB50898-2013细水雾灭火系统技术标准》来确保其可靠性。

（4）针对预制舱式储能电站，为了确保安全运营，应该严格按照“先断电、后灭火”的规定，采用细水雾等水系灭火剂，并且要求其具有良好的耐久性，以防止因为电压升高而导致的短路现象。

参考文献：

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