一種用於測試鋰電池燃燒火焰高度的裝置和方法與流程
2023-05-10 00:34:26 1
本發明涉及燃燒測試技術領域，具體地說，特別涉及到一種用於測試鋰電池燃燒火焰高度的裝置和方法。
背景技術：
2009年至2015年間，國家相繼推出了《關於開展節能與新能源汽車示範推廣試點工作的通知》等系列文件，電動汽車已成為我國重點培育的戰略性新興產業。然而，在電動汽車的應用推廣過程中，發生了一系列火災事故，如2011年杭州某電動計程車起火事故，2015年深圳某電動大巴自燃事故，2016年挪威某電動汽車充電著火事故等。經調查發現，電動汽車火災大多與其動力鋰電池有關，因此，弄清鋰電池的燃燒特性及規律，是提高電動汽車消防安全的基礎與前提。
火焰高度是鋰電池燃燒的關鍵特性參數，對火災蔓延產生重要影響。然而，在鋰電池的燃燒過程中，會產生大量有毒有害煙氣，大大降低能見度，嚴重影響鋰電池燃燒火焰高度的直接測量。因此，建立一種能夠簡單、有效地測試鋰電池燃燒火焰高度的試驗方法和裝置非常有必要。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術中的不足，提供一種用於測試鋰電池燃燒火焰高度的裝置和方法，以解決現有技術中存在的問題。
本發明所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現：
一種用於測試鋰電池燃燒火焰高度的裝置，包括試驗箱，在試驗箱內設有加熱器，且通過所述加熱器引燃鋰電池，在試驗箱的一側設有觀察窗，在所述觀察窗的外側安裝有用記錄鋰電池燃燒視頻的攝像機，在試驗箱的底部和頂部設有進風口或出風口，在所述進風口和出風口處均安裝有風速儀，在試驗箱的頂部設有排煙裝置，排煙裝置包括排煙管道，排煙管道的一端設有集氣罩，且所述集氣罩位於試驗箱內加熱器的上方，排煙管道的另一端與過濾器的一端連接，過濾器的另一端通過閥門與抽氣泵的入口端連接，抽氣泵的出口端連接有洗氣罐。
進一步的，所述攝像機與觀察窗的距離為5～20m，攝像機的鏡頭正對鋰電池。
進一步的，所述過濾器的內部填充物為鹼性多孔材料。
進一步的，所述試驗箱還設有一用於打開或關閉試驗箱的門，在門上設有門把手和密封裝置。
一種用於測試鋰電池燃燒火焰高度的方法，包括如下步驟：
1)將固定模型的鋰電池放置在試驗箱內的加熱器上，調整試驗箱上進風口和出風口的開口面積，將用於記錄鋰電池燃燒過程的攝影機設置到相應位置；
2)開啟攝影機，引燃鋰電池，關閉試驗箱門，拍攝鋰電池的燃燒視頻，燃燒結束後，將進風口和出風口的開口面積調至最大，打開抽氣泵，開始排煙；
3)將鋰電池的燃燒視頻轉換成圖像，並用Matlab軟體進行圖像處理，計算鋰電池燃燒的火焰高度。
進一步的，所述鋰電池燃燒火焰高度的計算步驟如下：
(1)通過視頻編輯軟體將鋰電池燃燒視頻裁成適當畫幅，並轉換成圖像；
(2)基於圖像內固定參照物，標定圖像的像素比例尺寸；
(3)通過Matlab軟體，基於亮度指標，選取適當的亮度闕值，對圖像進行二值化分割；
(4)通過Matlab軟體，計算圖像像素亮度大於0中的最小垂直像素值，得到單幅圖像火焰高度像素值；
(5)選擇適當的鋰電池燃燒圖像區間，按步驟(4)所述方法，批量得到各圖像火焰高度像素值；
(6)將各圖像火焰高度像素值平均，再進行尺寸標定，即可得到鋰電池燃燒的火焰高度。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
1、本發明在試驗箱內建立鋰電池燃燒模型，通過攝像機記錄鋰電池的燃燒過程，燃燒結束後，通過排煙裝置排除試驗箱內的煙氣，試驗方法簡單、可靠、高效。
2、本發明試驗裝置設置有進風口和出風口，且通過控制空氣流量，可真實模擬鋰電池燃燒環境。
3、本發明基於Matlab軟體計算鋰電池燃燒火焰高度，具有簡單、快速、可靠等優點。
附圖說明
圖1為本發明所述的用於測試鋰電池燃燒火焰高度的裝置的結構示意圖。
圖2為本發明所述的排煙裝置的結構示意圖。
圖中標號說明：試驗箱1、進風口2、出風口3、鋰電池4、加熱器5、風速儀6、集氣罩7、排煙管道8、過濾器9、閥門10、抽氣泵11、洗氣罐12、攝影機13。
具體實施方式
為使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。
參見圖1和圖2，本發明所述的一種測試鋰電池燃燒火焰高度的試驗裝置，包括：試驗箱1、進風口2、出風口3、鋰電池4、加熱器5、風速儀6、集氣罩7、排煙管道8、過濾器9、閥門10、抽氣泵11、洗氣罐12、攝影機13。
其中，進風口2設置在試驗箱底部角落，出風口3設置在試驗箱頂部角落，進風口和出風口均設置有風速儀6。攝像機設置在試驗室外，鏡頭朝向鋰電池；排煙系統集氣罩設置在試驗箱內，朝向鋰電池。工作時，將鋰電池放至底部中央位置。
在本實施例中，風速儀6的輸出量程為0～20m/s，在進風口和出風口處各設置1個。攝影機13設置在距離試驗室水平距離8m處，鏡頭透過觀察窗，對著鋰電池，拍攝速率為100fps，數量為1個。鋰電池4燃燒產生的煙氣依次通過集氣罩7、排煙管道8、過濾器9、閥門10、抽氣泵11、洗氣罐12，從而實現煙氣的快速排出和淨化。抽氣泵11的流量為50L/min；過濾器9內部填充物為球形鹼性多孔材料，如CaCO3、NaHCO3顆粒等。鋰電池4為方形袋狀結構，通過加熱器5加熱著火。加熱器5的功率為0～10kW。試驗箱1內部空間為立方體，體積為3.375m3，試驗箱1包含一個門和一個觀察窗，門上設有把手和密封裝置，觀察窗的面積為1m2。
一種採用如圖1所述裝置的鋰電池燃燒火焰高度的試驗方法，其原理為：將固定模型的鋰電池放置在試驗箱內，開啟攝像機，引燃鋰電池，實時記錄鋰電池的燃燒過程，燃燒結束後，打開抽氣泵，開始排煙。將鋰電池的燃燒視頻轉換成圖像，並用Matlab軟體進行圖像處理，從而得到鋰電池燃燒的火焰高度。
具體包括如下步驟：
(1)將固定模型的鋰電池放置在試驗箱內，調整試驗箱上進風口和出風口的開口面積；將用於記錄鋰電池燃燒過程的攝影機設置到相應位置。
(2)開啟攝影機，引燃鋰電池，關閉試驗箱門，記錄鋰電池的燃燒過程；燃燒結束後，將進風口和出風口的開口面積調至最大，打開抽氣泵，開始排煙。
(3)通過Adobe Premiere等軟體將鋰電池燃燒視頻裁成適當畫幅，並轉換成圖像。
(4)基於圖像內固定參照物，標定圖像的像素比例尺寸。
(5)通過Matlab軟體，基於亮度指標，選取適當的亮度闕值，對圖像進行二值化分割。
(6)通過Matlab軟體，計算單幅圖像亮度大於0像素中的最小垂直像素值，得到單幅像素火焰高度像素值。
(7)選擇適當的鋰電池燃燒圖像區間，按步驟(4)所述方法，批量得到各圖像火焰高度像素值。
(8)將各圖像火焰高度像素值平均，再進行尺寸標定，即可得到鋰電池燃燒的火焰高度。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。