鄧力頻

（漢壽縣消防救援大隊，湖南 常德 415900）

在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，火災(zāi)防控是一項至關(guān)重要的內(nèi)容。為達到良好的火災(zāi)防控效果，我們首先需要對鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)特征進行科學(xué)分析，并明確此類系統(tǒng)目前的火災(zāi)防控現(xiàn)狀，然后，以此為依據(jù)，對火災(zāi)防控裝置和系統(tǒng)進行科學(xué)設(shè)計，并采取合理的技術(shù)措施來做好鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)防控工作。通過這樣的方式，才可以及時發(fā)現(xiàn)和消除鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)情況，盡最大限度降低火災(zāi)帶來的不良影響，從而達到良好的安全保障效果。

1 鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)特征分析

1.1 很高的溫度和很快的燃燒速度

在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的燃燒過程中，其內(nèi)部的局部溫度會超出銅的熔點，達到1083℃以上。而通過紅外熱成像技術(shù)測試發(fā)現(xiàn)，在三元鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的燃燒過程中，其溫度一般都可以達到800～1000℃。在高溫作用下，鋰離子電池蓄能系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)速度也會進一步加快，經(jīng)相應(yīng)的實驗測試發(fā)現(xiàn)，有部分鋰離子電池中的電芯從出現(xiàn)明火到火焰完全熄滅的時間僅需要6～9s，具有非?？斓娜紵俣?。

1.2 較遠的火焰噴射距離和內(nèi)溶物飛濺

單體鋰離子電池通常會有泄壓口設(shè)置，在鋰離子電池內(nèi)部發(fā)生熱失控后，其中的高溫高壓氣體泄放時刻與泄放壓力之間具有緊密聯(lián)系。比如，在主動著火形式的鋰離子電池中，其著火的過程便是壓力泄放的過程，因為壓力泄放面積比較小，泄壓過程中形成的火焰就具有較大的噴射距離。通過試驗測定發(fā)現(xiàn)，其火焰噴射距離可達到3～5m。

1.3 化學(xué)體系不同的鋰離子電池具有較大燃燒特征差異

由于不同鋰離子電池具有不同的化學(xué)體系，在熱失控情況下，其內(nèi)部的副反應(yīng)也會不同，從而產(chǎn)生不同的溫度和壓力，最終導(dǎo)致不同的著火形式。比如，磷酸鐵形式的鋰離子電池在熱失控狀態(tài)下，其內(nèi)部溫度通常比較低，比溢出的可燃氣體點火能更低，如果外部沒有引火源，通常不會著火；但是，三元鋰離子電池在熱失控狀態(tài)下的內(nèi)部溫度卻比較高，通常會超出溢出可燃氣體的點火能，所以，當此類電池破口時，可燃氣體將會直接被點燃，火焰也會噴射而出。

2 鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)防控現(xiàn)狀分析

2.1 專用滅火劑現(xiàn)狀

相比普通形式的火災(zāi)，鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)與其存在很大的差異性，因為鋰離子電池屬于含能物質(zhì)，一旦發(fā)生火災(zāi)，其燃燒將會十分激烈，且熱量蔓延速度也會很快，同時，伴隨著較大的煙塵和較強的毒性，具有很大的撲救難度，且滅火后也很容易復(fù)燃。因為這些特征的存在，使得現(xiàn)有的滅火劑并不能將鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)隱患有效消除。在發(fā)生了熱失控后，鋰離子電池蓄能系統(tǒng)將會自發(fā)燃燒，熱量、燃燒物以及助燃物都可以由鋰離子電池自身所提供，這樣就很容易形成火三角，且容易產(chǎn)生爆炸事故。基于此，針對鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)，其滅火劑不僅需要具備快速將明火撲滅的能力，同時，又需要具備快速降溫的能力，這樣才可以及時將鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)撲滅，并有效防止其復(fù)燃。因此，在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)防控過程中，可對現(xiàn)有滅火劑所具備的優(yōu)點加以充分利用，最好通過氣液結(jié)合的形式進行滅火，以此達到良好的滅火效果，并實現(xiàn)持續(xù)降溫。同時，也需要對鋰離子電池的熱失控原理進行深入研究，以便及時發(fā)現(xiàn)早期的熱失控點，保持滅火劑的精準、持續(xù)噴射，讓鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)能夠在萌芽階段被消除。表1是幾種常見滅火劑在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)控制中的主要應(yīng)用特點：

表1 幾種常見滅火劑在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)控制中的主要應(yīng)用特點

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)單位與研究者也需要對鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)專用的新型滅火劑進行開發(fā)，從而充分滿足其火災(zāi)撲救需求，實現(xiàn)鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)的良好防控。

2.2 消防系統(tǒng)現(xiàn)狀

因為蓄能系統(tǒng)在消防安全規(guī)范方面存在一定的缺失，所以當前的蓄能消防依然處在一種雖然存在但不一定有效的狀態(tài)。隨著鋰離子電池蓄能成本的持續(xù)下降，部分生產(chǎn)廠家會對廉價設(shè)備進行應(yīng)用，這樣會使鋰離子電池存在更大的火災(zāi)隱患，從而讓鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)防控面臨更多困難?；诖?，在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)防控系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計者一定要注重火災(zāi)蔓延趨勢的有效阻隔，并通過多次釋放滅火介質(zhì)的方式來避免鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)蔓延，這樣才可以達到良好的滅火降溫效果。具體設(shè)計時，可以將大空間沉浸式滅火作為基礎(chǔ)，讓滅火焦點在電池包以及電池簇上聚集，從而實現(xiàn)一套鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)防控設(shè)施的有效集成。通過這樣的方式，不僅可實現(xiàn)鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)的有效撲救，同時，也能夠讓電氣設(shè)備方面的火災(zāi)消防系統(tǒng)得以良好兼顧，讓多種物理量形式的火災(zāi)預(yù)警、視頻監(jiān)控設(shè)施、BMS、各種探測設(shè)備和滅火設(shè)備之間發(fā)揮出協(xié)同作用。

3 鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)防控裝置及其系統(tǒng)設(shè)計分析

3.1 火災(zāi)防控裝置設(shè)計

為實現(xiàn)鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)的有效防控，本次設(shè)計了一種鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)防控裝置，該裝置主要組成部分包括裝置外箱、連接管、驅(qū)動裝置、保護板、容器、鋼瓶蓋板、底部支架、滅火劑瓶組等。因為我國目前依然沒有相應(yīng)的國家和行業(yè)標準，所以在該火災(zāi)防控裝置設(shè)計中，將全氟己酮用作主要的滅火介質(zhì)，其執(zhí)行標準按照《氣體滅火系統(tǒng)及部件》GB25972-2010來確定。通過抽真空充氮氣試驗發(fā)現(xiàn)，在溫度恒定為45℃、保壓壓力是4.5MPa的狀態(tài)下，鋁合金Q345/6061等材料樣本表現(xiàn)并未出現(xiàn)質(zhì)量變化或腐蝕等現(xiàn)象。由此可證實，全氟己酮作為滅火劑在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)防控中具有很強的適用性。

在該鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)防控裝置中，其主要的功能單元有3個：第一是前端探測單元，第二是管路單元，第三是控制單元。

具體應(yīng)用中，通過前端探測單元內(nèi)設(shè)置的復(fù)合型探測裝置，可對鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的熱失控故障進行及時探測，在探測到了熱失控故障后，報警裝置會立即將報警信號輸出。如果經(jīng)探測發(fā)現(xiàn)鋰離子電池蓄能系統(tǒng)出現(xiàn)了明火，自動啟動信號會立即被發(fā)送到控制單元。當啟動信號被控制單元接收后，第一瓶全氟己酮滅火劑啟動裝置會立即開啟，并通過主管路和支管路進行滅火介質(zhì)的定點噴放，從而快速將明火撲滅。在經(jīng)過預(yù)設(shè)計之后，第二瓶全氟己酮滅火劑的驅(qū)動裝置也會隨之開啟，以此來實現(xiàn)滅火介質(zhì)的持續(xù)補充，從而讓火災(zāi)溫度得以有效控制，避免鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)復(fù)燃和蔓延。

3.2 火災(zāi)防控系統(tǒng)設(shè)計

為進一步保障鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)防控效果，對一種基于鋰離子電池蓄能集裝箱的火災(zāi)防控系統(tǒng)進行了設(shè)計，該系統(tǒng)不僅可以對鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)情況作出及時探測，并使其火災(zāi)得以良好防控，同時，也具備良好的信息交互功能，可將鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的模組級別作為依據(jù)，對其影響范圍進行實時、全面的火災(zāi)監(jiān)測，從而實現(xiàn)火災(zāi)位置的準確判斷和火災(zāi)的精確撲救。

具體應(yīng)用中，如果鋰離子電池因熱失控而發(fā)生了火災(zāi)，探測器將會立即發(fā)出報警，在BMU接收到來自探測器的報警信號后，會立即將信號上傳給火災(zāi)抑制裝置，并將其中的滅火介質(zhì)噴放功能啟動。將主管路以及支管路設(shè)置在鋰離子電池組中，便可對其熱失控情況進行良好保護。BMU主要對相應(yīng)的電磁閥開啟進行控制，在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)沒有發(fā)生火災(zāi)的情況下，電磁閥將保持關(guān)閉，管路內(nèi)只有一條通道讓滅火介質(zhì)通過，以此來實現(xiàn)鋰離子電池?zé)崾Э厍闆r的有效防控；在發(fā)生火災(zāi)時，電磁閥便會開啟，滅火介質(zhì)可通過主管以及各個支管進入電池組中，從而達到良好的滅火降溫效果。

4 鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)撲救策略分析

4.1 滅火劑的合理選用

在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時，一項最重要的撲救措施就是對滅火劑進行合理的選擇與應(yīng)用。通過各種滅火劑的實際應(yīng)用特點分析可知，全氟己酮在目前鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)撲救中屬于最適用的一種滅火劑。除此之外，Novecl230等新型滅火劑對于鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)也具有較好的撲救效果，但是，此類滅火劑在我國并未得到廣泛應(yīng)用，具體的應(yīng)用方法與滅火效果保障還有待進一步研究。同時，我國目前依然并未制定出相應(yīng)的方法與標準來進行鋰離子電池火災(zāi)中的滅火劑效能測試?；诖?，在對滅火劑進行選擇的過程中，還需要對其使用劑量、滅火濃度、噴射殘留、誤噴危害以及環(huán)境適應(yīng)性等進行綜合考慮，并結(jié)合鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)現(xiàn)場的具體情況來進行滅火劑的合理選擇與應(yīng)用。另外，由于鋰離子電池蓄能系統(tǒng)在火災(zāi)情況下具有較大的火焰強度，所以在對其滅火濃度進行設(shè)置時，一定要通過實際測試的形式來科學(xué)確定其濃度，以此來確保鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)撲救效果。

4.2 滅火措施的良好應(yīng)用

經(jīng)相關(guān)研究與分析發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的主要火災(zāi)形式可以按照兩種來進行劃分：（1）三元鋰離子電池類的主動噴射火燃燒形式；（2）磷酸鐵鋰離子電池類的被動式預(yù)混氣體燃燒形式。雖然不同類型的鋰離子電池蓄能機組的著火形式存在差異，但是，在火災(zāi)發(fā)生時，其滅火措施卻具有一致性。通過大量的試驗與研究發(fā)現(xiàn)，不論是主動式噴射燃燒形式，或者是被動式預(yù)混氣體燃燒形式，所有鋰離子電池蓄能系統(tǒng)在剛剛起火燃燒時都具有最大的火焰強度，如果蓄能系統(tǒng)所處環(huán)境為密閉環(huán)境，甚至可能導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。為實現(xiàn)此類情況的有效防控，可通過預(yù)先抑制加早期噴發(fā)的措施來進行火災(zāi)撲救，通過對鋰離子電池蓄能系統(tǒng)初期熱失控時的煙霧、氣體等特征監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)其熱失控狀態(tài)，并及時通過滅火劑來進行降溫抑制，盡可能在鋰離子電池蓄能機組明火出現(xiàn)時便開始滅火劑的噴放，以此達到良好的控溫效果，實現(xiàn)明火出現(xiàn)概率的有效降低，同時，也可以進一步控制火勢的蔓延和轟燃等情況。如果鋰離子電池蓄能系統(tǒng)處在室外的開放空間中，可通過滅火劑的大量噴射來達到持續(xù)降溫效果，并將起火的鋰離子電池和其他電池分離，并通過水浸沒等的方式來防止火勢蔓延。

5 結(jié)語

綜上所述，在鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，如果發(fā)生了火災(zāi)事故，其發(fā)展勢態(tài)和影響程度都比較嚴重?；诖?，消防部門、火災(zāi)撲救人員以及使用者都應(yīng)該對鋰離子電池蓄能系統(tǒng)的火災(zāi)特征及其防控現(xiàn)狀加以明確。然后以此為依據(jù)，通過鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)防控設(shè)備、系統(tǒng)及其火災(zāi)撲救措施的合理應(yīng)用來達到良好的火災(zāi)防控效果，盡最大限度降低鋰離子電池蓄能系統(tǒng)火災(zāi)所造成的不良影響，保障鋰離子電池蓄能系統(tǒng)及其周邊環(huán)境的安全性。