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鋰離子電池火災(zāi)種類與滅火劑選擇如何選擇呢?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:9304次  |  2018年07月25日  

首先做一下科普:

一、火災(zāi)的種類

火災(zāi)種類根據(jù)著火物質(zhì)及其燃燒特性劃分為以下5類:

A類火災(zāi):指含碳固體可燃物,如木材、棉、毛、麻、紙張等燃燒的火災(zāi);

B類火災(zāi):指甲、乙、丙類液體甲醇、乙醚、丙酮等燃燒的火災(zāi);

C火災(zāi):指可燃?xì)怏w,如煤氣、天然氣、甲烷、丙烷、乙炔、氫氣等燃燒的火災(zāi);

D類火災(zāi):指可燃金屬,如鉀、鈉、鎂、鈦、鋯、鋰、鋁鎂合金等燃燒的火災(zāi);

E帶電火災(zāi):指帶電物體燃燒的火災(zāi)。

F烹飪器具內(nèi)的烹飪物火災(zāi)。如,動(dòng)植物油脂。

二、滅火劑的選擇

為了能迅速撲滅火災(zāi),必須按照現(xiàn)代的防火技術(shù)、生產(chǎn)工藝過程的特點(diǎn)、著火物質(zhì)的性質(zhì)、滅火劑的性質(zhì)及取用是否便利等原則來選擇滅火劑。常用的滅火劑有:

A水、水蒸氣

B泡沫液、

C二氧化碳、

D干粉、

E哈龍(其替代物即S型氣溶膠)

現(xiàn)在進(jìn)入正題:

涉及鋰離子電池的火災(zāi)是電解液燃燒的結(jié)果,它是一種碳?xì)浠衔?空氣火焰。因此,許多阻燃劑可以有效抑制火焰的燃燒。然而,由于電池組的電特性,特別是大電池組的高電壓,導(dǎo)電性抑制劑可能不是一個(gè)好的選擇。此外,由于連鎖電池?zé)崾Э胤磻?yīng)引起重新點(diǎn)火的可能,一個(gè)理想的抑制劑將持續(xù)噴射以防止電池?zé)岜砻娴目扇蓟旌衔镌俅吸c(diǎn)燃。被證明有效的抑制劑包括:惰性氣體/火焰覆蓋(火情測(cè)試數(shù)據(jù)表明,覆蓋可以有效滅火,但是不會(huì)冷卻電池和阻止熱失控傳播),二氧化碳(Exponent通常用二氧化碳滅火器抑制測(cè)試過程中電池的火焰——這也不會(huì)冷卻電池和阻止熱失控傳播),水(許多資料描述了水對(duì)滅火和冷卻電池的有效性),哈龍。

關(guān)于鋰離子電池火災(zāi)滅火劑的選擇只有十分有限的公開資料。電池生產(chǎn)設(shè)施滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常被認(rèn)為是專有信息而不公開。已公布的測(cè)試數(shù)據(jù)與具體的鋰離子電池應(yīng)用相關(guān),主要是在特種運(yùn)輸中的火災(zāi)的抑制:火災(zāi)可能在客艙中發(fā)生,涉及的電池?cái)?shù)量非常有限,哈龍滅火器和水是可用的抑制劑,火災(zāi)可能發(fā)生在貨艙,哈龍是可用的抑制劑。全面的滅火試驗(yàn)是必要的,以評(píng)估具體的存儲(chǔ)配置,數(shù)量,安排和滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和整體有效性。

美國(guó)海軍海上系統(tǒng)司令部發(fā)布了一個(gè)先進(jìn)的鋰電池消防程序變更通知。在這份文件中,海軍建議(基于有限的測(cè)試)使用“窄角霧水或AFFF”冷卻電池,抑制“火球”和降低熱失控傳播的可能性。

FAA研究了鋰離子電池火災(zāi)的水和哈龍1211的抑制,因?yàn)檫@些通常是商用飛機(jī)上可用的滅火器。作為首選,F(xiàn)AA建議使用水來抑制包括筆記本電腦的火情,因?yàn)樗梢砸种苹馂?zāi),也可以抑制電池?zé)崾Э貍鞑ァW鳛榈诙x擇,F(xiàn)AA建議使用哈龍1211撲滅火焰,其次從可用水源供水(如瓶裝飲用水)。哈龍1211自身不能抑制由于熱失控傳播引起的電池再次點(diǎn)燃。在FAA測(cè)試?yán)?,用冰不足以冷卻電池以阻止熱失控傳播。

2010年,F(xiàn)AA報(bào)告檢測(cè)磷酸鐵鋰和8-Ah鈷酸鋰軟包裝聚合物電池。哈龍1211能夠成功撲滅這些電池中的火焰。此外,一旦應(yīng)用哈龍1211,磷酸鐵電池不會(huì)繼續(xù)泄露或復(fù)燃。然而,哈龍1211不能阻止軟包裝聚合物(氧化鈷化學(xué))電池(即三元電池)的復(fù)燃。

哈龍1301是毒性最小的哈龍滅火劑且具有優(yōu)良的滅火性能。特別是,它可以迅速撲滅燃燒的火焰,能產(chǎn)生可以繞過隔膜和障礙的穿透蒸汽,無殘留,無腐蝕性,需要較小的存儲(chǔ)空間,不導(dǎo)電,無色,被遮蔽以防止假報(bào)警的產(chǎn)生。哈龍不是通過取代氧氣來發(fā)揮作用,而是通過干擾燃燒化學(xué)起作用,特別是典型碳?xì)浠衔?空氣火焰,通過氣相中發(fā)生的終止鏈分支反應(yīng)起作用。哈龍可以有效抑制鋰離子電池火焰這一事實(shí)也表明這些火焰基本上類似于碳?xì)浠衔?空氣火焰。哈龍1301(三氟溴甲烷)是甲烷衍生物。溴原子賦予其強(qiáng)大的滅火性能,而氟原子賦予穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu),降低其毒性。溴原子干擾在燃燒過程中非常重要的自由基和支鏈的反應(yīng)。

哈龍1301通常被認(rèn)為對(duì)以下火災(zāi)非常有效:電氣火災(zāi)(C類火災(zāi)),易燃液體和氣體火災(zāi)(B類火災(zāi)),表面燃燒的可燃固體(如熱塑性的)火災(zāi)。然而,哈龍1301對(duì)活性金屬,快速氧化劑和深層次的A類火災(zāi)的效果微乎其微。哈龍1301對(duì)深層次的A類火災(zāi)效果甚微,因?yàn)樗蓴_產(chǎn)生火焰的化學(xué)反應(yīng);它不能冷卻起火燃料。因此,雖然哈龍1301可以撲滅一部分A類火災(zāi),深層的熾火可以繼續(xù)陰燃并以很低的速率傳播。

哈龍?zhí)砑觿┑挠行钥梢酝ㄟ^以下方法得出:檢查燃料/空氣/哈龍混合物的可燃性限值,并與燃料/空氣/惰性稀釋劑混合物的可燃性限值相比較。當(dāng)小批量的哈龍?zhí)砑拥饺剂?空氣混合物,它們縮小混合物的可燃范圍。哈龍比惰性稀釋劑更有效地縮小燃燒范圍。如果加入足夠的哈龍,混合物的可燃范圍(即使在高溫下)會(huì)被消除,混合物不能點(diǎn)燃。注意生產(chǎn)哈龍被蒙特利爾協(xié)議禁止,因?yàn)檫@種材料會(huì)造成對(duì)臭氧層的破壞。今天在使用的哈龍是循環(huán)資源,主要用于保護(hù)飛機(jī)。

S型氣溶膠即為哈龍的替代物。

2004年,Exponent公司進(jìn)行了FAA風(fēng)格試驗(yàn),測(cè)試哈龍1301抑制鋰離子電池和電池組火災(zāi)的效果。他們用赤裸的18650電池和筆記本電腦電池包進(jìn)行了一系列的哈龍1301抑制試驗(yàn)。裸電池沒有電連接,但被捆在一起。點(diǎn)燃電池底部的丙醇盤就可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。一旦電池開始從燃燒孔泄漏,哈龍1301應(yīng)用在每個(gè)測(cè)試中。只有幾秒的應(yīng)用,所有的火焰被熄滅,并且在持續(xù)時(shí)間的測(cè)試中沒有發(fā)現(xiàn)額外的燃燒。應(yīng)用哈龍1301后試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度和熱通量急劇下跌。這與火焰抑制完全一致。在持續(xù)測(cè)試中試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度和熱通量保持較低的值。注意哈龍1301的應(yīng)用不能冷卻電池(圖42)。應(yīng)用哈龍1301后,單個(gè)電池的熱失控和電池泄漏繼續(xù)發(fā)生。對(duì)所有來自Exponent公司的1301抑制試驗(yàn)的電池測(cè)試顯示它們都發(fā)生了泄漏。然而,由于哈龍1301的存在,這個(gè)過程不會(huì)導(dǎo)致火焰燃燒。Exponent公司總結(jié)哈龍1301對(duì)控制鋰離子電池燃燒是十分有效的。

2006年,F(xiàn)AA用50%和100%電量的18650鋰離子電池進(jìn)行了相似的哈龍1301抑制試驗(yàn)。FAA得出了與Exponent公司報(bào)告相似的測(cè)試結(jié)果。

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