锂电池如果因为外部起火被引燃,会发生剧烈的燃烧甚至爆炸,因此电池的耐燃烧性能也是电池安全测试的项目之一,模拟电池被外部火源引燃时的表现,验证电池在遇到明火时是否会发生爆炸、抛出危险碎片,对周围人员和物品造成伤害。电池燃烧试验机就是专门用于开展锂电池耐燃烧测试的设备,这类测试属于高风险测试,测试过程中电池会被明火加热,甚至发生起火、爆炸,对设备的安全防护要求很高,是电池安全检测实验室的设备之一。 电池燃烧试验机的测试原理是将电池样品放置在专用的支撑网上,样品下方放置燃烧器,点燃燃烧器对电池进行加热,模拟外部火焰灼烧电池的场景,测试过程中观察电池的状态,根据测试标准要求,测试过程中电池如果发生爆炸,设备上方的防护罩需要能够阻挡电池爆炸抛出的碎片,避免碎片飞出伤人。设备整体采用防爆设计,保证测试过程中的安全。
标准的电池燃烧试验机通常包含燃烧系统、样品支撑装置、防护网、排烟系统、控制系统几个部分。燃烧系统通常采用丙烷或者其他规定的燃气作为燃料,燃烧器可以产生稳定的火焰,火焰高度可以调节,能够将电池样品充分加热。样品支撑装置是耐高温的金属网,金属网放置在燃烧器上方规定高度的位置,电池放在金属网上被火焰加热。设备顶部安装有多层金属防护网,能够阻挡电池爆炸时飞出的碎片,同时允许火焰和烟气排出。排烟系统能够将测试过程中产生的烟气排出到室外,避免有害烟气在实验室积聚。整个测试过程可以通过控制系统远程操作,操作人员不需要靠近设备,保障人员安全。
开展电池燃烧测试前,需要做好充分的准备工作,首先检查设备的状态,确认燃气管道没有泄漏,燃气压力在正常范围内;检查防护网是否完好,没有破损、松动;检查排烟系统运行正常;设备周围没有堆放易燃易爆物品,测试区域留出足够的安全距离。测试人员需要穿戴耐高温的防护服、防护面罩、隔热手套,做好个人防护。
首先准备测试样品,按照测试标准要求将电池调整到规定的电量状态,通常为满电状态。检查电池外观,如果电池本身已经出现鼓胀、漏液、破损等问题,不得用于测试,避免测试前发生意外。小心将电池样品放置在金属支撑网的中央位置,确认样品放置平稳,不会滚动掉落,调整燃烧器的位置,保证燃烧器的火焰能够均匀灼烧电池样品。放置样品时动作要轻,避免磕碰电池,尤其是软包电池,避免磕碰导致内部短路起火。
样品放置完成后,关闭设备的防护门,确认所有防护装置都安装到位,操作人员退到安全区域后,再开始测试。首先点燃燃烧器,调整火焰的大小,按照标准要求的火焰温度和火焰高度预热金属网,随后对电池进行灼烧。不同的测试标准对灼烧的时间和流程要求不同,有的标准是先小火灼烧一段时间,再加大火焰灼烧;有的标准是直接用规定高度的火焰灼烧电池,直到电池爆炸或者燃烧结束。
测试过程中,操作人员通过远程观察窗观察电池和火焰的状态,不要靠近设备,也不要打开防护门,避免电池突然爆炸飞出碎片伤人。测试过程中排烟系统全程开启,将燃烧产生的烟气排出室外。如果测试过程中出现燃气泄漏、意外起火等异常情况,立即关闭燃气阀门,切断设备电源,按照应急预案处理。
当电池被引燃发生燃烧,或者电池发生爆炸后,不要立即停止排烟或者打开防护装置,继续保持排烟系统运行,等待火焰熄灭,设备内部温度降到室温后,先通风一段时间,排出舱内残留的有害气体,再由穿戴好防护装备的人员打开防护门,清理测试后的残渣。清理残渣时要注意,测试后的电池残渣温度很高,而且可能存在未燃烧的部分,要使用专用工具收取,放到专用的防爆容器中观察24小时以上,确认没有复燃风险后,再按照危废处理要求妥善处置,不要随意丢弃残渣,避免引发火灾。
测试完成后,及时关闭燃气阀门和总电源,检查燃气管道阀门是否关严,避免燃气泄漏。清理设备内的电池残渣和燃烧残留物,检查金属支撑网、防护网是否有损坏,如果有烧穿、变形的情况及时更换,保证下次测试时的防护能力。定期检查燃气软管的老化情况,定期用肥皂水检查管道接口是否有泄漏,发现软管老化、开裂及时更换。
电池燃烧测试风险很高,开展测试的实验室需要制定专门的安全操作规程,操作人员必须经过专门培训,熟悉测试流程和应急处理方法,实验室需要配备足够的干粉灭火器、消防沙等消防器材,确保出现意外时能够及时处置。测试过程中严禁无关人员进入测试区域,严禁在没有防护的情况下近距离观察测试过程。