一、适用范围：

电池热特性测量系统适用于电池单体在燃烧时测量出释放热的总量；能够满足圆柱、软包、方形硬壳等各类型容量在300Ah以下的电池单体样品。

是以通过燃烧产物气流中氧气浓度计算出的氧气消耗量以及燃烧产物时热释放速率为设计原理。材料的热释放速率也是材料燃烧性能中最重要的参数。该设备能比较准确地测量材料燃烧过程中的热释放速率。此仪器测试便捷精准，对于预测火灾危害及其阻燃防治处理极为重要。

此仪器为非标定制。

二、参考标准：

2.1参考GB/T27904-2011《火焰引燃家具和组件的燃烧性能试验方法》标准；

2.2参考GB/T25207-2010《火灾试验表面制品的实体房间火试验方法》和ISO9705.1~2:2016标准

2.3参考GB/T38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》标准；

2.4参考GB31241-2014《便携式电子产品用锂电池和电池组安全要求；

2.5以及比亚迪《刀片电池安全要求》

参考了以上标准设计。

三、针对电池单体燃烧时的技术分析：

3.1根据电池单体以及比亚迪刀片电池规格（L905mm，H118mm，W13.5mm），预估热释放总量为700KW；

3.2电池燃烧时收集系统；

3.2.1燃烧时应能收集试验期间燃烧所产生的全部烟气，样品1m*0.5m，收集塔希望做到3m*4.5m，才能有效全部收集到烟气。根据标准ISO9705.1-2016第7节；（GB/T25207和ISO9705， 500KW 烟气收集塔为3m*3m；美国The NIST 3 Megawatt Quantitative Heat Release Rate Facility 3MW烟气收集塔为9m*12m）；

3.2.2收集管道（即测量段）：要求直径0.4m，长度5m；排烟能力大于3.5m3/s；

根据以上技术要求我们设计方案如下：

四、仪器主要特点：

4.1控制部分采用嵌入式工控机控制，信号的收集和处理采用16位高精度板卡，精度等级可达到百分之一，性能稳定，重复性好。

4.2计算机控制界面：采用高档设备和仪器专业开发软件（Labview)，界面严谨，自动化程度高，所有的繁琐程序和运算都已集成计算机里，反应速度非常快，操作方便，人性化界面，傻瓜式操作。

4.3操作软件：Windows xp操作界面，Labview风格，完善的安全机制。计算机输出数据为燃烧热释放速率、总释热量、质量损失速率、烟气释放速率、火焰传播指数、CO2生成速率、烟雾浓度等。测试期间实时显示热流--时间曲线，质量流量--时间曲线，总热释放率--时间曲线，二氧化碳CO2产生量，一氧化碳CO产生量，烟的产生量，表面温度--时间曲线。

五、主要性能参数：

5.1整机由试验架、称重装置（质量损失）、样品触发源、排气点燃装置、锥形收集器、排烟管道、测量装置、风机、气体分析仪等组成。

5.2试验架及称重装置：

5.2.1试验架：长度1200mm，宽度500mm；见图2；

5.2.2称重装置：量程为50kg，精度为1g，带有RS485输出接口，由计算机实时跟踪和采集数据，形成质量损失与时间的曲线；

5.2.3称重装置带有远程传输信号功能；

5.2.4由计算机接收称重装置传来的信号，可监控、绘制质量损失的实时曲线；

5.2.5测试质量损失的装置具有耐温功能；

5.2.6电池放置在称重台面上，距地面127mm±76mm；

5.2.7称重台位于收集罩的几何中心的正下方；

5.2.8称重台面为500mm*500mm。

5.3样品触发源：

5.3.1外部火焰点燃触发源：见下图。

5.3.1.1外部火焰点燃触发源由标准点火器和供气系统组成。

5.3.1.2标准点火器壳体选用1.0mm钢板焊制，尺寸170*170*145mm，壳体由金属网分为上下两层，分别填装鹅卵石和砂子，下层鹅卵石的填装高度为100mm，上层为砂子与点火器上缘齐平，砂的粒径2-3mm，鹅卵石的粒径为4-8mm。

5.3.1.3气源：由纯度不少于95%的液态丙烷的瓶组，减压器，稳压器，测量装置及输气管道等组成。

5.3.2外部加热触发：见下图；

5.3.2.1采用电加热板加热，灼热燃烧。其表面覆盖陶瓷金属；

5.3.2.2规格：长500mm，宽350mm；

5.3.2.3加热功率：3kw；

5.3.2.4控制方式：通过恒压源控制电加热器；

5.3.2.5加热触发装置安装位置：将加热装置的加热面与电池单体表面直接接触。

5.3.3针刺触发：如图。

5.3.3.1组成：由加压装置和针尖头组成；

5.3.3.2刺针材料：钢材；

5.3.3.3刺针直径：3mm~8mm；

5.3.3.4针尖形状：圆锤形，角度为20°~60°；

5.3.3.5针刺速度：0.1mm/s~10mm/s可设定；

5.3.3.6针刺位置及方向：选择能触发电池单体发生热失控的位置和方向，（例如垂直于极片的方向）

5.3.3.7加压吨位：为2吨；

5.3.3.8转动机构：采用伺服马达+滚珠丝杠。

5.4排气点燃装置：

5.4.1被测样品热失控初期排放的可燃气体，采用外部点燃装置；

5.4.2点燃方式：采用高压点火方式，远程控制；

5.4.3点燃时间：1~10s可设定；

5.4.4点着后，此装置自动转移到火源之外。 

5.5锥形收集塔：如图。

5.5.1收集电池燃烧所产生的全部烟气；

5.5.2收集塔：底部尺寸3000*3000mm、高1000mm，底部与称重装置的表面为150mm，锥形收集器的顶部为900*900*900mm立方体，为增加湍流效果，采用两块500*900mm的钢板安装在顶部的正方体内，形成烟气均混器。

5.6排烟管道：如图。

5.6.1安装在烟气均混器的出口处，内径为400mm，直管段5M。

5.6.2直管段的两端应安装均流器，使管道内气体流动均匀。

5.6.3系统的测量段应设置在排气管道直管段且气体均匀混合器的地方。

5.7风机：

5.7.1排气量为15000M3/H，能确保管道排烟能力大于3.5M3/s；

5.7.2风机的排气量由变频器控制连续可调；

5.7.3风机功率:37kw,AC380V。

5.8测量段：

5.8.1气体体积流量测量装置：如图。

5.8.1.1气体的体积流量由双向探头，差压变送器和时间常数不大于0.1S的热电偶来测量，双向测速探头和热电偶应安装在排烟管道测量段的管道截面中心，双向测速探头结构，差压变送器选用电容型，分辨率高于±1%Pa，测量范围0～2000Pa，测量误差应小于0.5%。

5.8.1.2体积流量的测量精度高于±5%，阶跃变化的响应时间（由初始状态到最终状态流量的90%）不超过1S。

5.8.2丙烷流量计：为丙烷质量流量计（MFC ）测量，

5.8.3气体分析：SERVOMEX  4100 气体纯度分析仪

5.8.3.1 氧气：

5.8.3.1.1测量范围0-25% O2

5.8.3.1.2测量原理：机械顺磁

5.8.3.1.3精度：<0.1% O2

5.8.3.1.4线性度： <0.1% O2

5.8.3.1.5重复性：<读数的0.1%

5.8.3.1.6零点漂移/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测量范围0－10% CO2

5.8.3.2.2测量范围0－1% CO

5.8.3.2.3测量原理：相关红外

5.8.3.2.4精度：<量程的1% 

5.8.3.2.5线性度：<量程的1%

5.8.3.2.6重复性：<量程的1%

5.8.3.2.7零点漂移/周：<量程的2% 

5.8.3.2.8量程漂移/天：<读数的1% 

5.8.3.2.9显示：LED液晶

5.8.3.2.10模拟输出： 四路隔离4-20mA输出

5.8.3.2.11输出接点 ：六路与电压无关的单接点输出(264VAC 或30VDC/ 1.0A）

5.8.3.2.12数字通讯协议： RS232/RS485 Modbus

5.8.3.2.13无流量计，无内置过滤器

5.8.3.2.14电源 170-264Vac ,50Hz

5.9气体取样系统

5.9.1气体取样系统由取样管、两级过滤器、冷凝器、不锈钢导管、取样泵、样气分配器等组成。

5.9.2取样管安装在排烟管道的测量段上，气体混合均匀的部位，取样管进气孔向下，以避免烟垢的阻塞。

5.9.3取样管应选用不锈钢管制造，气体在进入分析仪器前，应经过二级过滤（一级150µ～200µ，二级3µ），并将气样冷却到5℃以下，且取样管应尽可能短。

5.9.4气样由取样泵送到分析仪器，取样过程中避免油脂或类似物质污染气样，取样泵容量为10～50L/min，每一气体分析仪消耗为1L/min，泵所产生的压差约为10KPa。

5.9.5气样由排烟管道到进入气体分析仪器的时间间隔不应超过1S。

5.10光学烟密度装置：如图。

5.10.1光学烟密度计:由光源、透镜、光电元件等组成，测量过程中由于烟的积尘，光透过率的减小不应超过5%。

5.10.2光源:6V、10W的碘钨灯，灯丝的工作温度为2900±100K，光源的供电电源精度±2%。

5.10.3透镜:直径50mm和焦距60mm的凸透镜，使得通过排烟管道的平行光束直径为30MM。

5.10.4光电接收元件：采用单晶硅光元件，通过接收的光束强度变化来确定烟密度，光强度的测量精度不低于±5%。

5.10.5光学烟密度计应安装在排烟管道烟气分布均匀的位置，光束能垂直穿过排烟管道，光学烟密度计的安装不应影响测速及取样，光学烟密度计的玻璃窗宜选用石英玻璃。

5.10.6光接收器测量范围及精度：波长范围（350-1000）mm，增益可调，电压输出6V，控测器线性度≥99.8%，不稳定度<0.1%.光源接收精度0.1%

5.11数据采集：数据采集系统采集和记录氧气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、温度、烟密度、热释放速率、质量损失等试验数据；数据采集频率和数据处理时间为每3s一次；

5.12图像采集:采用耐高温摄像头对试验过程拍照。

5.13燃烧热校准：对于根据通过 MFC 的丙烷的质量及热值计算出的燃烧热和根据耗氧量原理计算出燃烧热，两者偏差在 5%以内

5.14使用25%、50%、75%三组滤光片进行自动校正，计算光路通过滤光片的光强度，将计算数值与滤光片理论值比较，两者偏差在 5%以内；

5.15操作界面：

六、设备配置清单：