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    • 一场大火,催生了国家火灾研究中心
    • 今天,火灾研究也在与时俱进
    • “ADI+中科大火灾科学国家重点实验室”,相见恨晚
    • 双方联合,共研“火灾探测、防治”关键技术
    • 第三期合作,或在“电动飞机电池安全”领域
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火灾探测,需要跨界联合

02/26 09:47
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1987年5月6日,一场大火烧掉了大兴安岭北麓林区101万公顷的森林,也吞噬了211条生命,让5万多人流离失所。

大家还记得前两年被一首《漠河舞厅》带火了的极寒小城漠河,以及一位化名张德全的独舞老人吗?他的妻子就在1987年那场大火中遇难的,此后34年,他未再婚。

故事很感人,但如何应对和减少森林火灾才是社会需求的关键。

一场大火,催生了国家火灾研究中心

1987年火灾后,中国科学技术大学范维澄老师主动请缨,手写申请书,向国家提出要建设国家火灾研究中心。1989年,“火灾科学国家重点实验室”批准立项。1990年,在实验室奠基之时,还得到了李鹏总理的题词。火灾科学国家重点实验室是中国比较早的国家重点实验室,“边建设、边开放”,到1995年正式通过了国家的验收。

经过三十多年、几代人的努力,今天中国科技大学火灾科学国家重点实验室(以下简称“中科大火灾实验室”)的专业已经是全国的A+学科,是在专业排名第一的院系,并在火灾动力学演化、火灾防治关键技术、火灾安全工程学理论及方法学、公共安全应急理论及方法这四个研究方向上干出了亮眼的成绩。

今天,火灾研究也在与时俱进

众所周知,火灾研究具有极大的社会化价值和科普价值,同时对它的研究需要与时俱进。

中科大火灾实验室副研级高级工程师陆松表示:“火灾实验室成立之初,主要应对的是森林火灾,现在国家对森林火灾也很关注,因为城市和森林的界限越来越弱了。但是,今天我们要面对的不仅是森林火灾以及传统的建筑火灾,对工业火灾的进一步研究也刻不容缓,尤其是新能源行业如此火爆的情况下,如何做好电池引发的火灾处理和预防显得尤为重要。”

我们来看两组数据:

根据中国汽车工业协会统计显示,2022年我国新能源汽车持续爆发式增长,产销分别完成705.8万辆和688.7万辆,同比分别增长96.9%和93.4%。此外,根据应急管理部统计,仅2023年第一季度,新能源汽车自燃率上涨了32%,平均每天就有8辆新能源车发生火灾 (包括自燃) 。

根据CESA初步统计,2022年中国电化学储能新增装机规模约为5.93GW,同比增长221.48%,储能无疑是新能源发展的快车道。此外,根据不完全统计,近年来全球储能安全事故发生60余起。

从以上两组数据可以看到,随着新能源汽车市场的快速爬升,以及全球储能市场的爆发(大规模储能项目越来越多,单个储能项目规模越来越大),新能源板块的安全隐患也与日俱增。

“ADI+中科大火灾科学国家重点实验室”,相见恨晚

“我们在做锂电池热失控研究之前是做建筑消防研究的,从2016年到2018年,我们的芯片早期主要用于厨房和办公室等建筑场景的消防系统中。” 王君亭如是说,“而锂电池热失控火灾属于新事物,我们也是2019年才开始重点研究。锂电池热失控火灾不像之前的烟感、气感等都是有工业标准,有对应的测试机构可以进行检测,与高校实验室合作才是最优选择。”

同时,锂电池热失控实验涉及有毒烟雾和气体测试、爆炸物和气体测试,普通的实验室很难获得资质。在这个时候,ADI找到了中科大火灾实验室,王君亭将这一次联合形容为“相见恨晚”。

双方联合,共研“火灾探测、防治”关键技术

据悉,ADI已经先后和目前ADI与中科大张和平教授团队已先后开展了两期的合作研究。张和平教授课题组长期从事飞机货舱低误报火灾探测技术和航空锂电池热安全研究,通过双方的合作,有望将航空领域先进的探测技术应用到民用锂电池探测中。

两年前的第一期主要研究室的是锂电池火灾的特性,包括着火之后火灾颗粒的粒径有多大,燃烧时的变化是什么,它的温度是怎么增长的,烟雾的浓度是怎么增长的。当双方搞清了锂电池火灾的一些基本特性后,今年又开展了第二期合作,希望能深度理解锂电池热失控的机理,包括它的烟雾特性等,并以烟雾探测器为基础继续探讨理电池热失控过程的多模态信息融合检测技术。

在这两期的合作中,ADI擅长的是电学、半导体,而中科大火灾实验室擅长的是基础研究和火灾探测技术难点的解决,比如火灾烟雾探测机理、火灾动力学理论、先进的实验条件和测试手段等。双方一起合作复现真实的物理过程,然后做好芯片需求反馈和系统应用匹配,并共同来开发一些探测算法。

对此,陆松表示:“在这个过程中,ADI也给中科大火灾实验室提供了很多套烟雾传感器的样机,使很多对这块感兴趣的同学真真正正能通过烟雾探测器做试验,认识它的原理。能把LED集成上去的、芯片级的产品,只有我们这一款,没有第二家有这样的产品,这可以说代表着点式烟雾探测技术的一个重要方向。这对于提高同学们对的火灾探测科研兴趣和前沿技术的了解,都是很有意义的,这也是我们合作的一个初衷。”

王君亭也表示:“无论是ADI还是中科大火灾实验室,在经过两轮的热失控研究合作后,都能在理论或者是产品方面得到长足的进步。比如,ADI研究出来了基于锂电池热失控多模态传感器的模型,适配到产品中,就能帮助他们及早地预警或者是检测到热失控的情况。”

第三期合作,或在“电动飞机电池安全”领域

ADI的远期愿景是要解决锂电池早期热失控的问题,通过监测尽早传递出热失控的概率;而中科大火灾实验室作为国家队,她的使命是研究新的火灾探测机理和技术,克服火灾探测上的难点,领域覆盖“海陆空天、古今中外“。因此,ADI和中科大火灾实验室的合作可以说只是开了个好头。

陆松透露:“目前在各个指标上,代表技术发展方向的烟雾探测芯片跟目前做得比较前沿的电池热失控技术配合得非常好。下一步,我还想跟ADI进一步合作电动飞机电池的安全。”

他提到:“现在国内外有很多团队在做电动飞机,将来电动飞机可能能量密度要翻一番才能实现商业化的运行,这就需要将电池管理系统和热安全防控技术融合在一起,火灾探测技术不可或缺。”

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亚德诺半导体全称为亚德诺半导体技术有限公司(analog devices,inc.)简称ADI。是一家专营半导体传感器和信号处理ic的卓越的供应商,ADI将创新、业绩和卓越作为企业的文化支柱,并基此成长为该技术领域最持久高速增长的企业之一。ADI是业界卓越的半导体公司,在模拟信号、混合信号和数字信号处理的设计与制造领域都发挥着十分重要的作用。

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