一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法及系统与流程-k8凯发

本发明属于消防安全，尤其涉及一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法及系统。

背景技术：

1、在“双碳”目标背景下，锂离子电池因其具有高能量密度和长寿命等特点，在电动车、便携式电子产品和电化学储能等各个领域被广泛用作化石能源的替代品。然而，在大规模应用过程中，其生命周期内因热失控引起的火灾和爆炸事故严重阻碍了应用安全。国内外学者开展了很多研究工作，分析锂电池热失控快速处置手段。目前，锂离子电池热失控火灾主要使用灭火剂为c6f12o、c3hf7、co2和n2，美国国家消防协会制定的标准提出大气中灭火剂的最低浓度mec，，通过实验测试得到对应的mec分别为7％、9％、25～30％、40％。通过实验发现使用c6f12o、c3hf7能够迅速扑灭钛酸锂lto单体电池、盒装电池和小型电池组火灾，但电池内部剧烈化学反应仍然在不断进行，热失控可燃气体从电池中不断喷出，仍然存在电池复燃的情况。通过对比实验发现co2、c3hf7冷却灭火效果比较差，仍然有火焰持续出现。通过对不同soc下磷酸铁锂电池在空气、n2、co2气体环境下的热失控特性开展实验研究，发现co2和n2长时间作用后均对动力锂离子电池燃烧爆炸有较好的抑制效果，co2的灭火抑爆性优于n2。为解决co2、c3hf7、n2等灭火剂无法在短时间内将热失控的电池温度降低到安全水平问题，部分学者提出使用液氮对热失控锂离子电池进行处置，通过对18650型商用电池灭火实验发现，液氮通过薄膜沸腾传热和辐射传热等方式有效降低了电池表面温度，延缓了电池内部热失控发生的时间，其能够有效预防和控制锂离子电池热失控火灾的发生。18650型电池容量一般为1800～3600mah，属于小型电池，随着电池行业的发展，目前使用的典型商业储能电池为280ah大容量电池。280ah最常见的使用形式为储能集装箱，广泛应用于大规模系能源发电接入与消纳、分布式发电与微电网等领域，使用液氮应用于储能集装箱内锂离子电池热失控火灾，目前尚缺乏液氮最小使用量的定量控制方法，即在使用液氮对锂离子电池灭火时，无法精准控制液氮的使用量，经常造成液氮的浪费。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于光伏组件发电特性的火灾早期探测预警方法及系统，将锂离子电池热失控过程划分为自身产热阶段和燃烧阶段放热热量，并与液氮气化潜热和氮气温升吸热热量进行对比分析，最终在满足锂离子电池热失控火灾时对液氮的需求前提下，定量得出液氮扑救锂离子电池热失控火灾的液氮用量。

2、本发明所采用的具体技术方案为：

3、本专利的第一目的是提供一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法，包括：

4、s1、获取基础数据：单个锂离子电池质量mb、锂离子电池比热容cp、锂离子电池自身温升速度超过0.02℃/min阶段的最低温度t1、电池表面温度不断上升阶段最高温度t2、储能集装箱内平均温度tc、储能集装箱环境温度tz、出现热失控锂离子电池的数量n；

5、s2、通过基础数据，获取单个锂离子电池发生热失控火灾时产生的热能；具体为：

6、首先将单个锂离子电池发生热失控火灾划分为自身产热阶段和放热热量阶段；

7、然后分别计算两个不同阶段单个锂离子电池的产生热量：

8、在自身产热阶段：q 1＝m b×c p×(t 2-t1)；

9、式中：q1为单个锂离子电池在自身产热阶段释放的总热量；

10、在放热热量阶段阶段：

11、式中：m1、m2、m3、m4为拟合数据，t为储能集装箱内出现明火后的时间，q2为单个锂离子电池热失控燃烧阶段的放热热量；

12、s3、获取液氮的吸热热量；具体为：

13、根据下式计算液氮潜热吸热热量：

14、w 1＝c n1×m n

15、式中：w1为液氮潜热吸热热量；cn1为液氮潜热；mn为液氮质量；

16、根据下式计算液氮气化后温升吸热热量；

17、w 2＝c n2×m n×(tn1-tn2)

18、式中：w2为液氮气化后温升吸热热量；cn2为氮气比热容；tn1为液氮气化后储能集装箱内平均温度，tn2为液氮气化后初始温度；

19、s4、计算液氮灭火用量；具体为：

20、建立能量守恒公式：

21、

22、式中：n为出现热失控锂离子电池的数量；为吸热热量损失系数，

23、根据能量守恒公式计算液氮质量：

24、

25、s5、控制液氮量m控，使得m控不小于mn。

26、优选地，m1、m2、m3、m4分别为2.5×107、3.1×105、2060.7、144.99。

27、优选地，

28、优选地，t1和t2使用ev-arc测试得到。

29、本发明的第二目的是提供一种锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制系统，包括：

30、基础数据获取模块：获取基础数据：单个锂离子电池质量mb、锂离子电池比热容cp、锂离子电池自身温升速度超过0.02℃/min阶段的最低温度t1、电池表面温度不断上升阶段最高温度t2、储能集装箱内平均温度tc、储能集装箱环境温度tz、出现热失控锂离子电池的数量n；

31、单个锂离子电池热能分析模块：通过基础数据，获取单个锂离子电池发生热失控火灾时产生的热能；具体为：

32、首先将单个锂离子电池发生热失控火灾划分为自身产热阶段和放热热量阶段；

33、然后分别计算两个不同阶段单个锂离子电池的产生热量：

34、在自身产热阶段：q 1＝m b×c p×(t 2-t1)；

35、式中：q1为单个锂离子电池在自身产热阶段释放的总热量；

36、在放热热量阶段阶段：

37、式中：m1、m2、m3、m4为拟合数据，t为储能集装箱内出现明火后的时间，q2为单个锂离子电池热失控燃烧阶段的放热热量；

38、液氮吸热热量分析模块：获取液氮的吸热热量；具体为：

39、根据下式计算液氮潜热吸热热量：

40、w 1＝c n1×m n

41、式中：w1为液氮潜热吸热热量；cn1为液氮潜热；mn为液氮质量；

42、根据下式计算液氮气化后温升吸热热量；

43、w 2＝c n2×m n×(tn1-tn2)

44、式中：w2为液氮气化后温升吸热热量；cn2为氮气比热容；tn1为液氮气化后储能集装箱内平均温度，tn2为液氮气化后初始温度；

45、液氮灭火用量计算模块：计算液氮灭火用量；具体为：

46、建立能量守恒公式：

47、

48、式中：n为出现热失控锂离子电池的数量；为吸热热量损失系数，

49、根据能量守恒公式计算液氮质量：

50、

51、控制模块：控制液氮量m控，使得m控不小于mn。

52、优选地，m1、m2、m3、m4分别为2.5×107、3.1×105、2060.7、144.99。

53、优选地，

54、优选地，t1和t2使用ev-arc测试得到。

55、本专利的第三发明目的是提供一种实现上述锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法的计算机程序。

56、本专利的第四发明目的是提供一种实现上述锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法的信息数据处理终端。

57、本专利的第五发明目的是提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的锂离子电池热失控火灾扑救用液氮量控制方法。

58、通过采用上述技术方案，本发明具有如下的技术效果：

59、本发明首先将锂离子电池热失控过程划分为自身产热阶段和燃烧阶段放热热量，并定量计算得出锂离子电池热失控过程产生的能量，然后定量计算液氮气化吸热的热能，随后将锂离子电池热失控过程产生的能量与液氮气化潜热和氮气温升吸热热量进行对比分析，最终在满足锂离子电池热失控火灾时对液氮的需求前提下，定量得出液氮扑救锂离子电池热失控火灾的液氮用量。