一、適用范圍：

電池熱特性測量系統適用于電池單體在燃燒時測量出釋放熱的總量；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。

是以通過燃燒產物氣流中氧氣濃度計算出的氧氣消耗量以及燃燒產物時熱釋放速率為設計原理。材料的熱釋放速率也是材料燃燒性能中最重要的參數。該設備能比較準確地測量材料燃燒過程中的熱釋放速率。此儀器測試便捷精準，對于預測火災危害及其阻燃防治處理極為重要。

此儀器為非標定制。

二、參考標準：

2.1參考GB/T27904-2011《火焰引燃家具和組件的燃燒性能試驗方法》標準；

2.2參考GB/T25207-2010《火災試驗表面制品的實體房間火試驗方法》和ISO9705.1~2:2016標準

2.3參考GB/T38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》標準；

2.4參考GB31241-2014《便攜式電子產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》

參考了以上標準設計。

三、針對電池單體燃燒時的技術分析：

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

3.2電池燃燒時收集系統；

3.2.1燃燒時應能收集試驗期間燃燒所產生的全部煙氣，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。根據標準ISO9705.1-2016第7節；（GB/T25207和ISO9705， 500KW 煙氣收集塔為3m*3m；美國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（即測量段）：要求直徑0.4m，長度5m；排煙能力大于3.5m3/s；

根據以上技術要求我們設計方案如下：

四、儀器主要特點：

4.1控制部分采用嵌入式工控機控制，信號的收集和處理采用16位高精度板卡，精度等級可達到百分之一，性能穩定，重復性好。

4.2計算機控制界面：采用高檔設備和儀器專業開發軟件（Labview)，界面嚴謹，自動化程度高，所有的繁瑣程序和運算都已集成計算機里，反應速度非常快，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風格，完善的安全機制。計算機輸出數據為燃燒熱釋放速率、總釋熱量、質量損失速率、煙氣釋放速率、火焰傳播指數、CO2生成速率、煙霧濃度等。測試期間實時顯示熱流--時間曲線，質量流量--時間曲線，總熱釋放率--時間曲線，二氧化碳CO2產生量，一氧化碳CO產生量，煙的產生量，表面溫度--時間曲線。

五、主要性能參數：

5.1整機由試驗架、稱重裝置（質量損失）、樣品觸發源、排氣點燃裝置、錐形收集器、排煙管道、測量裝置、風機、氣體分析儀等組成。

5.2試驗架及稱重裝置：

5.2.1試驗架：長度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，由計算機實時跟蹤和采集數據，形成質量損失與時間的曲線；

5.2.3稱重裝置帶有遠程傳輸信號功能；

5.2.4由計算機接收稱重裝置傳來的信號，可監控、繪制質量損失的實時曲線；

5.2.5測試質量損失的裝置具有耐溫功能；

5.2.6電池放置在稱重臺面上，距地面127mm±76mm；

5.2.7稱重臺位于收集罩的幾何中心的正下方；

5.2.8稱重臺面為500mm*500mm。

5.3樣品觸發源：

5.3.1外部火焰點燃觸發源：見下圖。

5.3.1.1外部火焰點燃觸發源由標準點火器和供氣系統組成。

5.3.1.2標準點火器殼體選用1.0mm鋼板焊制，尺寸170*170*145mm，殼體由金屬網分為上下兩層，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%的液態丙烷的瓶組，減壓器，穩壓器，測量裝置及輸氣管道等組成。

5.3.2外部加熱觸發：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規格：長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：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可設定；

5.3.3.6針刺位置及方向：選擇能觸發電池單體發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轉動機構：采用伺服馬達+滾珠絲杠。

5.4排氣點燃裝置：

5.4.1被測樣品熱失控初期排放的可燃氣體，采用外部點燃裝置；

5.4.2點燃方式：采用高壓點火方式，遠程控制；

5.4.3點燃時間：1~10s可設定；

5.4.4點著后，此裝置自動轉移到火源之外。 

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，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，內徑為400mm，直管段5M。

5.6.2直管段的兩端應安裝均流器，使管道內氣體流動均勻。

5.6.3系統的測量段應設置在排氣管道直管段且氣體均勻混合器的地方。

5.7風機：

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風機的排氣量由變頻器控制連續可調；

5.7.3風機功率:37kw,AC380V。

5.8測量段：

5.8.1氣體體積流量測量裝置：如圖。

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

5.8.1.2體積流量的測量精度高于±5%，階躍變化的響應時間（由初始狀態到最終狀態流量的90%）不超過1S。

5.8.2丙烷流量計：為丙烷質量流量計（MFC ）測量，

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測量范圍0-25% O2

5.8.3.1.2測量原理：機械順磁

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重復性：<讀數的0.1%

5.8.3.1.6零點漂移/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測量范圍0－10% CO2

5.8.3.2.2測量范圍0－1% CO

5.8.3.2.3測量原理：相關紅外

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重復性：<量程的1%

5.8.3.2.7零點漂移/周：<量程的2% 

5.8.3.2.8量程漂移/天：<讀數的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 ：六路與電壓無關的單接點輸出(264VAC 或30VDC/ 1.0A）

5.8.3.2.12數字通訊協議： RS232/RS485 Modbus

5.8.3.2.13無流量計，無內置過濾器

5.8.3.2.14電源 170-264Vac ,50Hz

5.9氣體取樣系統

5.9.1氣體取樣系統由取樣管、兩級過濾器、冷凝器、不銹鋼導管、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量段上，氣體混合均勻的部位，取樣管進氣孔向下，以避免煙垢的阻塞。

5.9.3取樣管應選用不銹鋼管制造，氣體在進入分析儀器前，應經過二級過濾（一級150µ～200µ，二級3µ），并將氣樣冷卻到5℃以下，且取樣管應盡可能短。

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，泵所產生的壓差約為10KPa。

5.9.5氣樣由排煙管道到進入氣體分析儀器的時間間隔不應超過1S。

5.10光學煙密度裝置：如圖。

5.10.1光學煙密度計:由光源、透鏡、光電元件等組成，測量過程中由于煙的積塵，光透過率的減小不應超過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，通過接收的光束強度變化來確定煙密度，光強度的測量精度不低于±5%。

5.10.5光學煙密度計應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，光學煙密度計的安裝不應影響測速及取樣，光學煙密度計的玻璃窗宜選用石英玻璃。

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

5.11數據采集：數據采集系統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、質量損失等試驗數據；數據采集頻率和數據處理時間為每3s一次；

5.12圖像采集:采用耐高溫攝像頭對試驗過程拍照。

5.13燃燒熱校準：對于根據通過 MFC 的丙烷的質量及熱值計算出的燃燒熱和根據耗氧量原理計算出燃燒熱，兩者偏差在 5%以內

5.14使用25%、50%、75%三組濾光片進行自動校正，計算光路通過濾光片的光強度，將計算數值與濾光片理論值比較，兩者偏差在 5%以內；

5.15操作界面：

六、設備配置清單：