锂离子电池过充爆炸强度试验研究

过充是导致电池爆炸的一种常见原因,分析过充与电池爆炸的关系及过充所导致的电池爆炸对周围环境的破坏程度极其重要.以10 Ah三元材料锂离子电池为研究对象,采用不同倍率过充方式刺激锂离子电池,利用高速摄影仪、红外热像仪和压力传感器来记录该锂离子电池爆炸、燃烧的图像、温度和压力.结果表明:电池在过充的过程中,其温度变化分为3个阶段;发生爆炸后,电池的能量主要以燃烧的形式释放,燃烧的火球面积高达770.64 cm2;距电池爆炸15 cm处,最大压强为0.03 MPa,可见电池爆炸会对周围环境造成一定破坏.     

液氮抑制外部加热和过充锂电池模组热失控

为抑制锂离子电池模组的热失控传播，构建液氮(LN)对热失控的抑制试验系统，揭示在外部加热和过充条件下，LN对锂离子电池模组热失控传播的抑制作用。结果表明：外部加热条件下，热失控自紧贴加热板的电池向两侧传播，共6块热失控电池；同条件下，注氮后热失控电池温度降低超过100℃,峰值温度降低70℃以上，LN冷却效率为42.9%,有效利用率为4.1%,热失控剧烈程度降低，传播被阻断；改变加热板位置使LN不直接接触热失控电池时，LN的冷却效率为18.3%,有效利用率仅为2.1%,远低于接触组，且热失控电池回温至207℃,LN不能终止电池热失控进程，LN直接接触热失控电池时达到最佳抑制效果。过充条件下，电池模组内共7块热失控电池，峰值温度均超过345℃;注氮组无热失控电池，电池峰值温度为127.4℃,LN冷却效率为41.7%,在电池模组压降时注氮可防止热失控发生。     

模组箱体空间内磷酸铁锂电池热失控及其传播行为研究

为了探究储能用锂离子电池在真实应用场景下的热失控及其传播行为特征,选用86 Ah方形磷酸铁锂(LiFePO₄)电池,对其在热滥用触发方式下的热失控行为及模组箱体空间与开放空间中的传播行为规律进行了实验研究。单体实验结果表明,电池热失控产生的高温烟气会导致模组箱体内沿高度方向出现明显温度梯度,模组底部与顶部温度测点的最大温差达118.4℃。传播实验结果表明,模组箱体空间内热失控电池通过产气及喷出高温电解液向其他电池传热,在热失控电池影响下,模组箱体空间内3块电池上表面所能达到的最高温度均高于开放空间实验12℃～150℃,模组空间内热失控电池向同侧两块电池的传热量高于开放空间实验225 kJ和44.4 kJ。但箱体环境中有限的氧气供给会减缓电池在热失控时的内部放热反应进程,模组箱体空间实验中电池热失控峰值温度较开放空间实验低33℃～145℃,并且模组箱体空间实验中热失控完全传播所用时间较开放空间实验滞后213 s。研究结果对于锂离子电池模组的安全设计和热失控传播阻隔具有一定的参考价值与指导意义。     

隐患随手拍

我要“穿衣服”拍摄时间:2019年6月;隐患地点:某车间;存在隐患:高速旋转机床铁屑飞溅,易伤害操作者;整改建议:将机床加装罩壳;整改情况:已整改。减负拍摄时间:2019年6月;隐患地点:AGV自动物料小车电池充电区;存在隐患:电池过充易起火爆炸;整改建议:安装充电计时保护器;整改情况:已整改。电池充电时按一下启动按钮,PLC开始计时,满足充电时间后自动切断充电电源,以免电池过充。     

废旧车用动力电池安全放电研究

在动力电池回收处理流程中,对于发生过进水、过火、碰撞等情况的危险性动力电池需要进行放电安全处理。此外,动力电池从电动汽车上退役时残余电压很高,动力电池单体带电拆解极易发生起火甚至爆炸,拆解前也需要进行放电处理。以退役车用锂离子动力电池单体为研究对象,对比物理放电和化学放电的安全性,考察放电的安全截止电压、戳穿安全阀、电解质浓度对化学放电的影响。结果表明,电池电压值高于1.0 V时,电池拆解会产生火星,极易起火,电压值不高于1.0 V可实现安全拆解。物理放电后电池电压会反弹,拆解时仍有安全风险;化学放电后电池电压不反弹,可实现安全拆解。化学放电时戳穿安全阀并添加5%的Na Cl可满足产业化放电要求,SOC=100%的动力电池放电至安全截止电压需要15.3 h。对于10 Ah以上的动力电池,戳入深度应控制在5 mm以内,10 Ah以内的动力电池不建议戳穿安全阀。     

用热力学分析大连“7·16”爆炸火灾事故

<正>从化学反应中的能量变化出发,通过相关化学反应的反应热计算得知:1 mol双氧水(H_2O_2)氧化1 mol硫化氢(H_2S)所释放的化学反应热,能够将原油中0.96 kg的癸烷从25℃(常温),加热至205℃(引燃温度),从而能形成2010年大连"7·16"爆炸火灾事故的点火源。事发原油管道中输入并储存了大量的H2O2(88 m~3),客观上又为燃烧提供了充     

气液灭火剂对磷酸铁锂电池模组灭火能效研究

为研究不同灭火剂对储能电池模组火灾有效性,搭建储能舱试验平台,选取8. 8 kWh磷酸铁锂储能电池模组,以0. 5 C倍率恒流过充诱发电池热失控至起火,灭火试验采用中压细水雾、Novec1230、七氟丙烷、六氟丙烷4种不同灭火剂,对比不同灭火剂的灭火效能。研究结果表明:六氟丙烷无法在短时间内扑灭明火; Novec1230和七氟丙烷2种气体灭火剂能快速扑灭明火,但降温效果不彻底,容易发生复燃,均不适合作为磷酸铁锂电池模组灭火剂;中压细水雾能迅速扑灭明火,持续喷射可防止复燃,是较为理想的灭火材料。     

无线电能传输系统 保障矿井提升安全

<正>矿井提升机中数据采集与发送装置采用锂电池或铅酸蓄电池供电,带来更换问题,选用基于磁耦共振原理的无线充放电模组,利用零电压开关电路逆变产生交变电流,通过并联-并联传输结构,采用桥式整流接收电路并对电池进行充电,实现了无线电能传输功能。提升机系统是矿山生产的核心环节之一,不论是多绳摩擦式提升机还是单绳缠绕式提升机,不论是主井提升还是副井提升系统,其终端荷载均面临着称重不准、箕斗粘堵、二次装载、维护或操作不善等因素导致的过载断绳的严峻风险。近年来,矿山运输提升事故是矿山     

煤自燃预测气体及活化能变化研究

为了研究煤在低温阶段的自燃活化能及气体产生规律,基于耗氧量与煤温间的计算模型,利用煤氧化动力学测试系统,分析了3种不同自燃性煤的低温氧化表征。结果表明:1)随着煤自燃倾向性增强,煤的耗氧量和耗氧速率逐渐增大,且其耗氧速率急剧增大的拐点温度逐渐升高;2)不同自燃性煤活化能变化规律存在显著差异,利用阶段耗氧量拐点计算出铜川和大同煤样温度分别为203℃、228℃时,活化能快速减小,开始进入自发氧化阶段;晋城煤样活化能经历先减小后增大的过程,其中过渡温度段91~135℃时,活化能最小;同时拟合出活化能(E)与指前因子(A)关系式满足动力补偿效应,验证了机理函数的合理性;3)依据复合气体CO_2/CO、CH_4/C_2H_6、C_2H_4/C_2H_6、C_3H_8/C_2H_6随温度的变化趋势,结合煤低温氧化特性,可预测煤样的氧化进程和煤体温度。     

基于机器学习的电动汽车电池系统的风险预警

为提高动力电池在实车工况下安全预警的及时性和准确性，将电池系统安全预警问题提炼为关键状态预测及基于预测状态的预警分类2大科学问题，根据实车运行中的电池状态数据，选择电池的单体电压最高值、单体电压极差等作为关键预测对象；利用费舍尔计分和最大信息系数(MIC)进行特征选择，采用样本卷积和交互网络模型(SCINet)实现关键状态预测；基于预测的状态，建立多分类随机森林(RF)模型，对动力电池的安全风险进行分级预警。研究结果表明：该模型对电池多个参数具有很强的预测能力，如预测1 min后单体电压最高值的均方根误差(RMSE)为0.027 1,温度最高值为0.054 0;对电池系统1 min后安全风险等级预测的查准率为84%,宏平均f₁分数为74%。     

锂离子电池火灾特性及痕迹鉴定技术

为研究锂离子电池在不同故障条件下的火灾特性,以几种常见电动汽车锂离子电池为研究对象,开展锂离子电池在针刺、外部高温以及过电压充电条件下的危险性试验,并研究电池燃烧产生的熔痕。结果表明:与钴酸锂锂离子电池和磷酸铁锂锂离子电池相比,三元锂离子电池在针刺和外部高温试验中温升最高、毒性气体释放量最大;在过电压充电时,三元锂离子电池极易发热,且表面温度升高较快,有明显的火灾危险性;锂离子电池燃烧产生的高温能使铁质外壳熔化,熔痕部位金相组织呈现电弧作用痕迹特征,电池金属外壳的金相组织长大且呈现不均匀分布。     

H2O2对含氮消毒副产物二氯乙腈、二溴乙腈去除及影响因素研究

为了解H_2O_2在实际处理饮用水中有机物的效果,研究了过氧化氢(H_2O_2)在常温常压下对氯化消毒副产物二氯乙腈(DCAN)和二溴乙腈(DBAN)去除效果及影响因素的规律,探究了H_2O_2投加量、初始pH值和反应物初始质量浓度对DCAN和DBAN去除效率的影响。结果表明,H_2O_2能较好地氧化降解DCAN和DBAN。当H_2O_2单独去除一种卤乙腈(Haloacetonitriles,HANs)时,加大反应物初始质量浓度促进氧化降解DCAN和DBAN的效果不明显,当反应5 min、反应物初始质量浓度为250μg/L时,DCAN和DBAN的去除率最高;过高或过低的pH值会抑制氧化反应的进行,pH=7. 5时,DCAN和DBAN的去除率达到最大,分别为46. 47%和43. 41%; H_2O_2在一定投加量(15～35 mmol/L)范围内,随H_2O_2浓度增加,DCAN、DBAN的去除率分别呈现先增加后降低和先增加后平缓的趋势,二者的H_2O_2最佳浓度分别为25 mmol/L和30 mmol/L。     

不同荷电状态下三元锂离子电池针刺热失控试验研究

基于锂离子电池实际存储与应用的普遍性和危险性,利用自主设计并搭建的试验平台,分别对不同荷电状态(SOC)的锂离子电池进行了针刺热失控试验.利用直径5 mm的钨钢针触发圆柱形21700三元锂离子电池热失控,记录其试验现象,测定锂离子电池的温度、开路电压与质量等参数.结果表明:锂离子电池SOC越高,针刺时发生热失控的现象越剧烈,且当锂离子电池SOC高于60％时,电池各测温点的最高温度都在电池正极处,电池外表面的温度峰值均高于电池内部的温度峰值;随针刺的锂离子电池SOC增大,电池各测温点温度峰值升高,电池正极处到达峰值所需时间变短;不同荷电状态的锂离子电池在进行针刺试验后,两端开路电压掉落的时间点不同,电池SOC越高,开路电压掉落的时间越快,在发生针刺后三元锂离子电池安全阀能保护电池不发生明显热失控现象的最大SOC在60％左右;SOC越高的锂离子电池在发生热失控过程中电池损坏越严重,其质量损失率越大.     

NH_4H_2PO_4对蔗糖粉尘云最低着火温度的影响研究

为探究NH_4H_2PO_4粉末对蔗糖粉尘云着火燃烧的抑制作用,利用高德伯尔特-格润瓦尔德炉试验研究NH_4H_2PO_4-蔗糖混合粉尘云的最低着火温度(MIT)和燃烧过程。结果表明:质量浓度分别为1 363.6、1 818.2、2 272.7和2 727.3 g/m~3的蔗糖粉尘云中NH_4H_2PO_4的质量分数分别达到50%、55%、60%、40%时,其MIT分别为787、805、880、745℃;进一步增大NH_4H_2P_4的质量分数,庶糖粉尘云被完全惰化;NH_4H_2PO_4能有效抑制蔗糖粉尘云的着火燃烧,粒径越小,对蔗糖粉尘云燃烧火焰的抑制效果越明显。     

煤的低温氧化及指标气体实验研究

本文主要利用自制研发的煤自燃特性测试系统,通过程序升温加热的方法,分析了桃园煤矿10煤和8煤在不同温度环境下氧化的气体组分及其浓度分布,以此来分析煤在低温条件下的氧化规律,并综合分析判定煤自然发火标志气体。实验结果表明,随着煤温的升高,煤的氧化速度越来越快,煤氧化速度的拐点温度为100℃~120℃;10煤出现C_2H_4和C_2H_6的温度均在80℃~100℃,而8煤在35℃~40℃下就有C_2H_6生成,但出现C_2H_4的温度高达150℃;10煤以CO为主标志气体,以C_2H_4、C_2H_6、C_3H_8作为辅助指标气体;8煤以CO、C_2H_6为主标志气体,以C_2H_4、C_3H_8作为辅助指标气体。     

20 Ah LiFePO_4电池燃烧过程及温度特性研究

为预防磷酸铁锂(LiFePO_4)电池热失控事故,在燃烧试验箱中开展20 Ah LiFePO_4电池热失控试验,分析其在3种荷电状态(SOC)下的燃烧过程、温度特性、质量和电压变化;分析射流火焰演化过程,探讨SOC对电池表面温度、火焰温度和质量损失的影响,并划分电池的电压变化阶段。结果表明:20 Ah LiFePO_4电池燃烧过程中,热失控会发生2次,且第2次热失控危险性更高;最多会形成5次射流火焰并伴随有火焰推举现象;随着SOC的增加电池表面温度、失重、火灾危险性和质量损失速率越来越大,燃烧持续时间与SOC成反比; SOC对热失控发生时表面不同位置处的温度、火焰温度和电压影响不大。     

可降解壬基酚的产电假单胞菌LQF-6的分离及其特性研究

从稳定运行以壬基酚为燃料的微生物燃料电池阳极生物膜分离到一株能以壬基酚为唯一碳源生长的产电菌LQF-6。对菌株LQF-6的形态和16S rDNA序列分析表明该菌为假单胞菌。LQF-6以壬基酚为唯一碳源,培养84 h壬基酚降解率为53.80%。差分脉冲伏安测定结果表明,LQF-6分别在-0.088 V和0.272 V出现两个氧化峰。菌株LQF-6接种至微生物燃料电池阳极室,以壬基酚为底物,铁氰化钾为阴极电子受体,外接电阻为1000Ω时,微生物燃料电池最大输出电压达0.17 V,电池最大功率密度为(58.51±2.24)m W/m²。     

褐煤燃烧阶段烃生成规律研究

为研究煤矿火灾时期烃生成规律,对褐煤进行热重分析和管式炉程序升温实验,得到不同温度下CH_4,C_2H_6,C_3H_8,C_2H_4,C_2H_2及O_2的体积分数。结果表明:褐煤燃烧阶段温度为247~433℃;CH_4体积分数在348℃达到最大值,耗氧量及C_2H_6,C_3H_8,C_2H_4,C_2H_2体积分数在399℃达到最大值;CH_4,C_2H_4,C_3H_8体积分数及耗氧量与温度呈近线性关系;C_2H_6,C_2H_2体积分数与温度呈指数关系;随着温度升高,(C_2H_6+C_3H_8)/(CH_4+C_2H_6+C_3H_8)比值升高,CH_4/(CH_4+C_2H_6+C_3H_8)比值、CH_4/(C_2H_6+C_3H_8)比值均降低,C_2H_6/CH_4,C_2H_2/CH_4和C_3H_8/C_2H_6比值与温度呈指数关系变化,可以作为预测火区燃烧状态判定指标。     

不同自燃倾向性煤自燃氧化特性试验研究

为了研究不同自燃倾向性煤自燃特性变化规律,利用煤氧化动力学测定系统,测试了三种不同自燃性煤的氧化特征。结果表明:(1)单一气体生成量、耗氧量及耗氧速率均随着煤自燃性的增强而增大,且CO生成量和耗氧速率急剧上升的拐点温度与出现C_2H_4气体的温度相同。(2)CO、CO_2和C_2H_4产生率具有明显的阶段性,且前两种气体最大产生率所对应的温度相同;当不同自燃性煤的温度超过80℃时,两组指标CO/ΔO_2和CO/CO_2均迅速增大,表明其氧化反应加快。(3)在TG-DSC试验中,煤的氧化燃烧过程可分为5个阶段,对应于4种特征温度。其中过渡稳定阶段指煤的质量保持稳定,是失重到增重的过渡态,且不同自燃性煤每个阶段持续时间及阶段性特征温度存在显著差异。     

基于二氧化钛纳米管有序阵列的氢气探测

基于气体传感器对H_2的泄漏进行探测监控,可以有效预防和控制H_2火灾爆炸事故的发生。通过阳极氧化法制备了高度有序的二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列并制成气体传感器元器件,研究其在空气气氛中对H_2的气敏特性。通过粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)表征手段研究了TiO_2纳米管的相组成和微观结构。TiO_2纳米管具有优异的气敏性能,可在200℃以上对H_2进行有效探测,检测极限达到20ppm。325℃对1 000ppm H_2灵敏度为446,响应时间为2s,对H_2选择性好。