一、適用范圍：

電池?zé)崽匦詼y(cè)量系統(tǒng)適用于電池單體在燃燒時(shí)測(cè)量出釋放熱的總量；能夠滿足圓柱、軟包、方形硬殼等各類型容量在300Ah以下的電池單體樣品。

是以通過燃燒產(chǎn)物氣流中氧氣濃度計(jì)算出的氧氣消耗量以及燃燒產(chǎn)物時(shí)熱釋放速率為設(shè)計(jì)原理。材料的熱釋放速率也是材料燃燒性能中最重要的參數(shù)。該設(shè)備能比較準(zhǔn)確地測(cè)量材料燃燒過程中的熱釋放速率。此儀器測(cè)試便捷精準(zhǔn)，對(duì)于預(yù)測(cè)火災(zāi)危害及其阻燃防治處理極為重要。

此儀器為非標(biāo)定制。

二、參考標(biāo)準(zhǔn)：

2.1參考GB/T27904-2011《火焰引燃家具和組件的燃燒性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)；

2.2參考GB/T25207-2010《火災(zāi)試驗(yàn)表面制品的實(shí)體房間火試驗(yàn)方法》和ISO9705.1~2:2016標(biāo)準(zhǔn)

2.3參考GB/T38031-2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》標(biāo)準(zhǔn)；

2.4參考GB31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰電池和電池組安全要求；

2.5以及比亞迪《刀片電池安全要求》

參考了以上標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

三、針對(duì)電池單體燃燒時(shí)的技術(shù)分析：

3.1根據(jù)電池單體以及比亞迪刀片電池規(guī)格（L905mm，H118mm，W13.5mm），預(yù)估熱釋放總量為700KW；

3.2電池燃燒時(shí)收集系統(tǒng)；

3.2.1燃燒時(shí)應(yīng)能收集試驗(yàn)期間燃燒所產(chǎn)生的全部煙氣，樣品1m*0.5m，收集塔希望做到3m*4.5m，才能有效全部收集到煙氣。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO9705.1-2016第7節(jié)；（GB/T25207和ISO9705， 500KW 煙氣收集塔為3m*3m；美國(guó)The NIST 3 Megawatt Quantitative Heat Release Rate Facility 3MW煙氣收集塔為9m*12m）；

3.2.2收集管道（即測(cè)量段）：要求直徑0.4m，長(zhǎng)度5m；排煙能力大于3.5m3/s；

根據(jù)以上技術(shù)要求我們?cè)O(shè)計(jì)方案如下：

四、儀器主要特點(diǎn)：

4.1控制部分采用嵌入式工控機(jī)控制，信號(hào)的收集和處理采用16位高精度板卡，精度等級(jí)可達(dá)到百分之一，性能穩(wěn)定，重復(fù)性好。

4.2計(jì)算機(jī)控制界面：采用高檔設(shè)備和儀器專業(yè)開發(fā)軟件（Labview)，界面嚴(yán)謹(jǐn)，自動(dòng)化程度高，所有的繁瑣程序和運(yùn)算都已集成計(jì)算機(jī)里，反應(yīng)速度非常快，操作方便，人性化界面，傻瓜式操作。

4.3操作軟件：Windows xp操作界面，Labview風(fēng)格，完善的安全機(jī)制。計(jì)算機(jī)輸出數(shù)據(jù)為燃燒熱釋放速率、總釋熱量、質(zhì)量損失速率、煙氣釋放速率、火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)、CO2生成速率、煙霧濃度等。測(cè)試期間實(shí)時(shí)顯示熱流--時(shí)間曲線，質(zhì)量流量--時(shí)間曲線，總熱釋放率--時(shí)間曲線，二氧化碳CO2產(chǎn)生量，一氧化碳CO產(chǎn)生量，煙的產(chǎn)生量，表面溫度--時(shí)間曲線。

五、主要性能參數(shù)：

5.1整機(jī)由試驗(yàn)架、稱重裝置（質(zhì)量損失）、樣品觸發(fā)源、排氣點(diǎn)燃裝置、錐形收集器、排煙管道、測(cè)量裝置、風(fēng)機(jī)、氣體分析儀等組成。

5.2試驗(yàn)架及稱重裝置：

5.2.1試驗(yàn)架：長(zhǎng)度1200mm，寬度500mm；見圖2；

5.2.2稱重裝置：量程為50kg，精度為1g，帶有RS485輸出接口，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤和采集數(shù)據(jù)，形成質(zhì)量損失與時(shí)間的曲線；

5.2.3稱重裝置帶有遠(yuǎn)程傳輸信號(hào)功能；

5.2.4由計(jì)算機(jī)接收稱重裝置傳來的信號(hào)，可監(jiān)控、繪制質(zhì)量損失的實(shí)時(shí)曲線；

5.2.5測(cè)試質(zhì)量損失的裝置具有耐溫功能；

5.2.6電池放置在稱重臺(tái)面上，距地面127mm±76mm；

5.2.7稱重臺(tái)位于收集罩的幾何中心的正下方；

5.2.8稱重臺(tái)面為500mm*500mm。

5.3樣品觸發(fā)源：

5.3.1外部火焰點(diǎn)燃觸發(fā)源：見下圖。

5.3.1.1外部火焰點(diǎn)燃觸發(fā)源由標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)火器和供氣系統(tǒng)組成。

5.3.1.2標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)火器殼體選用1.0mm鋼板焊制，尺寸170*170*145mm，殼體由金屬網(wǎng)分為上下兩層，分別填裝鵝卵石和砂子，下層鵝卵石的填裝高度為100mm，上層為砂子與點(diǎn)火器上緣齊平，砂的粒徑2-3mm，鵝卵石的粒徑為4-8mm。

5.3.1.3氣源：由純度不少于95%的液態(tài)丙烷的瓶組，減壓器，穩(wěn)壓器，測(cè)量裝置及輸氣管道等組成。

5.3.2外部加熱觸發(fā)：見下圖；

5.3.2.1采用電加熱板加熱，灼熱燃燒。其表面覆蓋陶瓷金屬；

5.3.2.2規(guī)格：長(zhǎng)500mm，寬350mm；

5.3.2.3加熱功率：3kw；

5.3.2.4控制方式：通過恒壓源控制電加熱器；

5.3.2.5加熱觸發(fā)裝置安裝位置：將加熱裝置的加熱面與電池單體表面直接接觸。

5.3.3針刺觸發(fā)：如圖。

5.3.3.1組成：由加壓裝置和針尖頭組成；

5.3.3.2刺針材料：鋼材；

5.3.3.3刺針直徑：3mm~8mm；

5.3.3.4針尖形狀：圓錘形，角度為20°~60°；

5.3.3.5針刺速度：0.1mm/s~10mm/s可設(shè)定；

5.3.3.6針刺位置及方向：選擇能觸發(fā)電池單體發(fā)生熱失控的位置和方向，（例如垂直于極片的方向）

5.3.3.7加壓噸位：為2噸；

5.3.3.8轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：采用伺服馬達(dá)+滾珠絲杠。

5.4排氣點(diǎn)燃裝置：

5.4.1被測(cè)樣品熱失控初期排放的可燃?xì)怏w，采用外部點(diǎn)燃裝置；

5.4.2點(diǎn)燃方式：采用高壓點(diǎn)火方式，遠(yuǎn)程控制；

5.4.3點(diǎn)燃時(shí)間：1~10s可設(shè)定；

5.4.4點(diǎn)著后，此裝置自動(dòng)轉(zhuǎn)移到火源之外。 

5.5錐形收集塔：如圖。

5.5.1收集電池燃燒所產(chǎn)生的全部煙氣；

5.5.2收集塔：底部尺寸3000*3000mm、高1000mm，底部與稱重裝置的表面為150mm，錐形收集器的頂部為900*900*900mm立方體，為增加湍流效果，采用兩塊500*900mm的鋼板安裝在頂部的正方體內(nèi)，形成煙氣均混器。

5.6排煙管道：如圖。

5.6.1安裝在煙氣均混器的出口處，內(nèi)徑為400mm，直管段5M。

5.6.2直管段的兩端應(yīng)安裝均流器，使管道內(nèi)氣體流動(dòng)均勻。

5.6.3系統(tǒng)的測(cè)量段應(yīng)設(shè)置在排氣管道直管段且氣體均勻混合器的地方。

5.7風(fēng)機(jī)：

5.7.1排氣量為15000M3/H，能確保管道排煙能力大于3.5M3/s；

5.7.2風(fēng)機(jī)的排氣量由變頻器控制連續(xù)可調(diào)；

5.7.3風(fēng)機(jī)功率:37kw,AC380V。

5.8測(cè)量段：

5.8.1氣體體積流量測(cè)量裝置：如圖。

5.8.1.1氣體的體積流量由雙向探頭，差壓變送器和時(shí)間常數(shù)不大于0.1S的熱電偶來測(cè)量，雙向測(cè)速探頭和熱電偶應(yīng)安裝在排煙管道測(cè)量段的管道截面中心，雙向測(cè)速探頭結(jié)構(gòu)，差壓變送器選用電容型，分辨率高于±1%Pa，測(cè)量范圍0～2000Pa，測(cè)量誤差應(yīng)小于0.5%。

5.8.1.2體積流量的測(cè)量精度高于±5%，階躍變化的響應(yīng)時(shí)間（由初始狀態(tài)到最終狀態(tài)流量的90%）不超過1S。

5.8.2丙烷流量計(jì)：為丙烷質(zhì)量流量計(jì)（MFC ）測(cè)量，

5.8.3氣體分析：SERVOMEX  4100 氣體純度分析儀

5.8.3.1 氧氣：

5.8.3.1.1測(cè)量范圍0-25% O2

5.8.3.1.2測(cè)量原理：機(jī)械順磁

5.8.3.1.3精度：<0.1% O2

5.8.3.1.4線性度： <0.1% O2

5.8.3.1.5重復(fù)性：<讀數(shù)的0.1%

5.8.3.1.6零點(diǎn)漂移/h：<0.002%  

5.8.3.1.7量程漂移/h：<0.002%  

5.8.3.2二氧化碳和一氧化碳：

5.8.3.2.1測(cè)量范圍0－10% CO2

5.8.3.2.2測(cè)量范圍0－1% CO

5.8.3.2.3測(cè)量原理：相關(guān)紅外

5.8.3.2.4精度：<量程的1% 

5.8.3.2.5線性度：<量程的1%

5.8.3.2.6重復(fù)性：<量程的1%

5.8.3.2.7零點(diǎn)漂移/周：<量程的2% 

5.8.3.2.8量程漂移/天：<讀數(shù)的1% 

5.8.3.2.9顯示：LED液晶

5.8.3.2.10模擬輸出： 四路隔離4-20mA輸出

5.8.3.2.11輸出接點(diǎn) ：六路與電壓無關(guān)的單接點(diǎn)輸出(264VAC 或30VDC/ 1.0A）

5.8.3.2.12數(shù)字通訊協(xié)議： RS232/RS485 Modbus

5.8.3.2.13無流量計(jì)，無內(nèi)置過濾器

5.8.3.2.14電源 170-264Vac ,50Hz

5.9氣體取樣系統(tǒng)

5.9.1氣體取樣系統(tǒng)由取樣管、兩級(jí)過濾器、冷凝器、不銹鋼導(dǎo)管、取樣泵、樣氣分配器等組成。

5.9.2取樣管安裝在排煙管道的測(cè)量段上，氣體混合均勻的部位，取樣管進(jìn)氣孔向下，以避免煙垢的阻塞。

5.9.3取樣管應(yīng)選用不銹鋼管制造，氣體在進(jìn)入分析儀器前，應(yīng)經(jīng)過二級(jí)過濾（一級(jí)150µ～200µ，二級(jí)3µ），并將氣樣冷卻到5℃以下，且取樣管應(yīng)盡可能短。

5.9.4氣樣由取樣泵送到分析儀器，取樣過程中避免油脂或類似物質(zhì)污染氣樣，取樣泵容量為10～50L/min，每一氣體分析儀消耗為1L/min，泵所產(chǎn)生的壓差約為10KPa。

5.9.5氣樣由排煙管道到進(jìn)入氣體分析儀器的時(shí)間間隔不應(yīng)超過1S。

5.10光學(xué)煙密度裝置：如圖。

5.10.1光學(xué)煙密度計(jì):由光源、透鏡、光電元件等組成，測(cè)量過程中由于煙的積塵，光透過率的減小不應(yīng)超過5%。

5.10.2光源:6V、10W的碘鎢燈，燈絲的工作溫度為2900±100K，光源的供電電源精度±2%。

5.10.3透鏡:直徑50mm和焦距60mm的凸透鏡，使得通過排煙管道的平行光束直徑為30MM。

5.10.4光電接收元件：采用單晶硅光元件，通過接收的光束強(qiáng)度變化來確定煙密度，光強(qiáng)度的測(cè)量精度不低于±5%。

5.10.5光學(xué)煙密度計(jì)應(yīng)安裝在排煙管道煙氣分布均勻的位置，光束能垂直穿過排煙管道，光學(xué)煙密度計(jì)的安裝不應(yīng)影響測(cè)速及取樣，光學(xué)煙密度計(jì)的玻璃窗宜選用石英玻璃。

5.10.6光接收器測(cè)量范圍及精度：波長(zhǎng)范圍（350-1000）mm，增益可調(diào)，電壓輸出6V，控測(cè)器線性度≥99.8%，不穩(wěn)定度<0.1%.光源接收精度0.1%

5.11數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集和記錄氧氣濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、溫度、煙密度、熱釋放速率、質(zhì)量損失等試驗(yàn)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集頻率和數(shù)據(jù)處理時(shí)間為每3s一次；

5.12圖像采集:采用耐高溫?cái)z像頭對(duì)試驗(yàn)過程拍照。

5.13燃燒熱校準(zhǔn)：對(duì)于根據(jù)通過 MFC 的丙烷的質(zhì)量及熱值計(jì)算出的燃燒熱和根據(jù)耗氧量原理計(jì)算出燃燒熱，兩者偏差在 5%以內(nèi)

5.14使用25%、50%、75%三組濾光片進(jìn)行自動(dòng)校正，計(jì)算光路通過濾光片的光強(qiáng)度，將計(jì)算數(shù)值與濾光片理論值比較，兩者偏差在 5%以內(nèi)；

5.15操作界面：

六、設(shè)備配置清單：