锂电池起火应该怎样灭火

2018-05-08      1180 次浏览

     锂电池防火需要建立具有战略纵深的多道防线。除了电池内部尽可能使用不可燃或难燃材料让电池具有本质安全性能外,电池外部的第一道防线是防止发生导致电池过热着火的各种诱因,比如过充、短路、撞击等,这就需要对电气系统进行安全设计。


  当第一道防线被突破后(比如电池管理系统发生故障未能及时切断充电电源),电池温度升高,监控系统中的温度传感器或气体、烟雾探测器等应及时发现故障并报警,提醒工作人员处理故障,消除火灾诱因。此为第二道防线。


  当故障未及时处理、第二道防线被突破后,电池燃烧(阴燃)已无法避免,此时消防系统要做的是将燃烧限制在发生故障的电池盒(或箱)内(containment),并能隔离相邻的未着火的电池和设备,避免火势扩大(isolation)。由于锂离子电池热失控后温度极高,现有的非水系灭火剂如气体、干粉无法将电池温度迅速降下来,灭火效果不太理想。因此将电池防火目标设定为控火(controlledburn-down),是一种比较现实的方案,技术经济性较强。此为第三道防线。


  如果控火失败火情扩大,对人员财产安全造成严重威胁,则需要启动在车内安装的固定式水基灭火系统或等待消防队来灭火。


  一般来说,第一道和第二道防线由电池制造商或电动汽车制造商考虑。作为消防专业人士,可为客户建立牢固的第三道防线,根据电池的具体型号规格性能进行方案定制,方案所使用的部件来自世界各地,不限于某一种设备或材料


  为了确保防火控火的效果,还可在电池盒(或箱)内安装独立式灭火管。该灭火管在电池着火后受热破裂,自动释放出灭火气体,将电池火扑灭。


  锂电池灭火主要是由于热失控原因造成的,如果需要灭火,首先需要搞明白热失控的真实原因。引起锂电池热失控的因素主要有外部短路、外部高温和内部短路。◎内部短路:由于电池的滥用,如过充过放导致的支晶、电池生产过程中的杂志灰尘等,将恶化生成刺穿隔膜,产生微短路,电能量的释放导致温升,温升带来的材料化学反应又扩大了短路路径,形成了更大的短路电流,这种互相累积的互相增强的破坏,导致热失控。下面以钴酸锂电芯为例,简述一个典型热失控过程。A:准备阶段,电池处于满电状态;B:内短路发生,大电流通过短路点而产生热量,并通过LiC6热扩散,达到SEI膜分解温度,SEI膜开始分解,放出少量CO2和C2H4,壳体轻微鼓胀,随着短路位置的不断放电,电池温度的不断上升,电液中链状溶剂开始分散,LiC6与电液也开始反应放热,伴随着C2H5F\C3H6\C3H8产生,但反应较慢,放热量较小;C:随着放电的进行,短路位置温度继续升高,隔膜局部收缩融化,短路位置扩大,温度进一步升高,当内部温度达到Li0.5Co02的分解温度时,正极瞬间分解,并释放O2,后者于电液瞬间反应放出大量热量,同时放出大量CO2气体,造成电池内压增大,如果压力足够大,冲破电池壳体,引起电池爆炸;D:如果壳体炸开,极片散落,温度不会继续升高,反应终止;但如果壳体只开裂,极片没有散落,这时LiC6继续与电液反应,温度会继续升高,但升温速率下降,由于反应速率较慢,所以可以维持较长时间;E:当电池内部反应的产热速率小于散热速率时,电池开始降温,直至内部反应完毕;◎外部短路:实际车辆运行中发生危险的概率很低,一是整车系统装配有熔断丝和电池管理系统BMS,二是电池能承受短时间的大电流冲击。极限情况下,短路点越过整车熔断器,同时BMS失效,较长时间的外部短路一般会导致电路中的连接薄弱点烧毁,很少导致电池发生热失控事件。现在,比较多的PACK企业采用了回路中加熔断丝的做法,更能有效的避免外短路引发的危害。◎外部高温:由于锂电池结构的特性,高温下SEI膜、电解液、EC等会发生分解反应,电解液的分解物还会与正极、负极发生反应,电芯隔膜将融化分解,多种反应导致大量热量产生。隔膜融化导致内部短路,电能量的释放又增大了热量的生产。这种累计的互相增强的破坏作用,其后果是导致电芯防爆膜破裂,电解液喷出,发生燃烧起火。基于以上原因,对锂电池进行灭火处理,让我们看下特斯拉和通用的推荐:1.如果遭遇小火灾,火焰没有蔓延到高压电池部分,可以采用二氧化碳或ABC干粉灭火器灭火。2.在彻底检查火情的时候,不要与任何高压部件接触,始终使用绝缘工具进行检查。3.储存气体的充气瓶、气体支柱和其他组件可以达到沸腾液体膨胀蒸汽爆炸的极端温度。在检查到事故的“热区”前,要进行有适当精细防护的拆解。4.如果高电压电池在火灾中弯曲、扭曲、损坏,总之就是变得不成样子,或者怀疑电池出现问题。那么灭火时的用水量不能太少,消防用水要有足够的量。5.电池着火可能需要24小时才能完全扑灭。使用热成像摄像头,可以确保高电压电池在事故结束前完全冷却。如果没有热成像摄像头,就必须监控电池是否会复燃。冒烟表示电池仍然很热,监控一直要保持到电池不再冒烟的至少一小时之后。通用沃蓝达的应急救援手册中对电动汽车的消防灭火是那样指导的:如果电池达到足够高的温度,泄漏和释放电解质,电解液肯定是易燃品。这就需要用大量的水来冷却电池和灭火,因为直流和交流系统没有接地,消防员可以安全的用水作为主要灭火剂,而且没有触电的危险。ABC干粉灭火器不会熄灭电池火焰。消防员应避免在灭火或解脱操作任何高压组件中的内部直接接触,这会潜在导致电击。


  真正能灭电池火的灭火剂目前是不存在的,一种有效的尝试是用水冷却,窒息控制,但电池内部有压力和电解液(化学品),所以燃烧比较复杂,并不能直接灭火。另外,针对电动汽车,深圳据说使用小型的气溶胶自动灭火装置,鱼罐头大小,磁铁吸附在车体内电池边上,使用少量爆破气溶胶弥漫灭火,小空间很好用。


  1.电池出厂时一般是带电的半电状态。首次骑行时,最好把电池充满,一方面因为自放电会使锂电池带电量减少,另外可以激活其中的活性物质。


  2.每次骑行时,不要将电池电量耗尽,长期过放会使电池寿命减少3倍。当电动车骑行中出现电量过低提示时,要果断地停止骑行


  1.锂电池任何时候充电都是有效的,即使充电前还有50%的电量也没关系,这是因为,它与镍氢电池不同,后者有记忆效应而锂电池没有。但要注意的是锂电池不能过度放电,过度放电会造成不可逆的容量损失。当机器提醒电量低的时候就要马上开始充电了。


  2.千万不能过充,当充电完成指示灯亮时,要停止充电。如果长时间不用电池,应将电池从仪器中取出保存于干燥阴凉处,并要在60~90天内充电一次,以免存放时间过长,电池因自放电导致电量过低,造成不可逆的容量损失,因为锂电池的最佳存放状态是半电存放。


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