FTT评估电池储能系统热失控火焰蔓延的测试方法UL9540A

UL 9540A：

评估电池储能系统热失控火焰蔓延的测试方法。主要使用耗氧量热法来测量热释放速率，这是FTT产品系列和专业知识的核心。

FTT UL 9540A测试

FTT提供并安装UL 9540A，并对客户进行使用培训。FTT还可为希望进行部件设计和自行制造设备的客户提供任何特定组件。

UL 9540A标准已被开发用于测试不同规模的电池储能系统：

•电芯等级

•模组等级

•单元等级

•安装等级

电芯等级测试

电芯等级测试包括加热电池电芯以启动热失控。柔性薄膜加热器应用于电池外部，并连接至温度控制器。本测试中使用的仪器也用于其它三个较大规模的测试。在电芯等级测试中，只需要一个加热电路。在其它三个较大规模的测试中，可能需要多个加热电路。电芯等级测试主要使用分析化学仪器，而不是对火反应测试。因此，由客户自行采购该仪器，FTT不提供。

模组等级测试

模组等级测试包括加热电池模组中的几个电芯以启动热失控，并由集烟罩和排气系统收集气体产物，排气管内径为400 mm。采集排气样本以测量氧气、二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物和氢气以及使用FTIR测量其它气体的组分。此外，使用白光烟气测量系统测量排气中的烟气浓度。通过这些测量，使用耗氧量热法可以确定热释放，并通过FTT量热测量软件（BatteryCalc）可以确定产烟速率。

模组等级测试的配置包括以下几个部分：

•排气系统

•称重系统

•热失控启动系统

•温度测量系统

•热释放和产烟量测试系统

•校准热释放速率的设备

•额外的气体测量

•数据采集和分析软件

排气系统

包括1个1.5mm厚的不锈钢集烟罩（3.0m×3.0m），配有2个内部挡板和1个收集箱（充气室）。还包括4个1m长的集烟罩不锈钢裙板，以及约8.7m长400mm内径的直管，2根400mm内径的带排气罩和风扇连接的90°弯管，所有这些都是全焊接，不锈钢材质，带法兰接头。

探头和传感器插入管段

一个内径为400mm、总长为762mm的不锈钢测量管段。

配备：

•用于氧气和CO2/CO采样的采样探头

•用于监测体积流量的双向探头和热电偶，烟气测量处的热电偶，用于去除细颗粒的烟灰过滤器

气体分析仪

气体分析仪用于测量：

•耗氧量

•CO2生成量

•CO生成量

•用于除湿的珀尔帖冷却装置

•用于除湿的干燥管

•用于保持至分析仪的压力和流量的减压阀，以实现低漂移和低噪音

珀尔帖冷却装置

所有FTT量热仪均使用珀尔帖冷却装置和干燥剂，以确保从样品气流中去除所有水分，防止氧气基线浓度漂移。测试表明，仅使用珀尔帖冷却装置会使得基线氧气漂移超过标准的限值，并导致不正确的热释放测量。

称重系统

测试前后需要测量电池模组的质量。称重系统包括一个量程为300kg的称重平台，平台上有一个700mm×600mm的不锈钢盖板和一个1200mm×1200mm的陶瓷顶盖。它非常坚固，并使用恒力矩称重传感器作为测量元件。它防震，具有极高的过载能力，并且可以抵御恶劣环境。由一个高精度的数字显示器显示重量，可以去皮重，分辨率为5g。也可根据要求提供其它范围的称重系统。

温度测量系统

60个热电偶，包括热电偶连线和数据采集，以及温度测量和记录软件。

校准燃烧器和控制装置

燃烧器按照ISO 9705附录A1制造，配有燃气机组。由一个带有数字显示的质量流量控制器控制气体流量。

•气体控制装置包括一个自动点火单元。供气管线中安装了电磁阀和回火抑制器，只有当自动点火单元开启时，气体才会被输送到燃烧器

•上述控制装置安装在面板上，面板上还装有质量流量的数字显示器。质量流量被传输到计算机系统，以mg/s为单位显示质量流量，以kW为单位显示热释放速率

FTIR 傅立叶变换红外光谱分析仪

FTT FTIR是一种先进的气体分析仪，与FTT的量热仪一起用于燃烧气体的连续测量。由于燃烧气体中可能含有大量不同的有机和无机化学物质，燃烧气体的分析非常复杂且具有挑战性。FTT的FTIR完全可配置，以满足几个国际标准的要求。

碳氢化合物分析仪

碳氢化合物分析仪带火焰电离检测器，量程为0-10、0-100和0-1000 ppm，精度为满刻度的2%。

氢气分析仪

氢气分析仪带有钯镍薄膜固态传感器。

烟气测量

系统包括：

•根据DIN 50055制造的白光光源和透镜

•硅光电二极管探测器和透光率的电压输出

•支架

•全套校准滤片

•通过软件进行分析

数据采集与分析

BatteryCalc是一个基于Microsoft Windows的软件包，可以通过安装在气体分析仪机柜中的精密数据记录仪自动采集和分析数据。

它能自动计算热释放速率和烟气释放速率及相关参数，为被测产品生成详细报告。

这种用户友好的软件界面允许操作人员：

•查看仪器状态

•计算标准规定的所有参数

•校准仪器并存储校准结果

•采集和查看测试期间生成的数据

•呈现标准规定的结果

单元等级测试

如ISO 24473《开放式量热法 - 测量高达40MW火场的热量和燃烧产物的生成速率》中所述，通过增加集烟罩尺寸、排气管直径和排气流量，模组等级的测试原理可以应用于单元等级测试，以测量高达10MW的火场。

单元等级测试包括加热电池储能系统（BESS）中的几个电芯，以启动热失控，并由集烟罩和排气系统收集气体产物，排气管内径为1.524m（以测量高达10MW的热释放速率）。使用FTIR分析排气中的气体样本，以确定氧气、二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物的浓度以及其它气体的成分。此外，使用白光烟气测量系统测量排气中的产烟量。为了测量相邻壁和二次BESS系统的温度和热通量，在BESS周围的环境中布置了传感器进行测量。

单元等级测试的配置包括以下几个部分：

•热释放和产烟量测试仪

•校准热释放速率的设备

•排气系统

•额外的气体测量

•热失控启动系统

•温度测量系统

•热通量测量系统

•对流热释放速率测量系统

对流热释放速率测量

除了使用耗氧量热法测量化学热释放速率外，还使用一个包含热电堆的管段来测量对流热释放速率。这包括一个法兰不锈钢管段，内径约1.524m，长0.762m，安装在客户排气系统的法兰上。

管段包括：

•热电堆的热电偶接口

•热电偶

•将排气系统中的这一管段连接至分析仪机柜，客户可以计算对流热释放速率

仪表壁温度

在测试过程中，必须测量壁面温度。每面壁上都装有热电偶，沿壁垂直方向每隔6英寸布置一个测点。每个热电偶都连接到数据采集系统，由BatteryCalc软件测量温度。

热通量测量系统

在测试过程中，必须测量每面壁和相邻目标BESS组件中的热通量。这可能需要多达9个热流计，每个热流计连接到数据采集系统并由BatteryCalc软件记录。

安装等级测试

安装等级测试仅适用于非住宅类安装。测试配置与单元等级测试类似，但不测量热释放和产烟速率。

安装等级测试包括加热电池储能系统（BESS）中的几个电芯，以在包含喷水灭火系统或其它火灾和爆炸缓解方法的房间中引发热失控。对房间内的气体进行采样，并使用FTIR来分析碳氢化合物和氢气的浓度以及其它气体的成分。为了测量相邻壁和二次BESS系统的温度和热通量，在BESS周围的环境中布置了传感器进行测量。

安装等级测试的配置包括以下几个部分：

•排气系统

•气体测量

•热失控启动系统

•温度测量系统

•热通量测量系统

采样管

安装室的天花板上需要布置6mm的不锈钢采样管，以便将气体提取到FTIR、碳氢化合物和氢气分析仪中。

仪表壁、天花板和BESS温度

在测试过程中，必须测量仪表壁、天花板以及启动和目标BESS的温度。每面壁上都装有热电偶，沿壁垂直方向每隔6英寸布置一个测点。每个热电偶都连接到数据采集系统，由BatteryCalc软件测量温度。