磷酸铁锂电池组燃烧特性研究

为明确锂电池的火灾危险性,对不同数量磷酸铁锂电池组火灾时的电池表面温度、火焰形态、火焰温度、热释放速率、质量损失损率以及可燃气体体积分数等燃烧特性参数进行试验研究。结果表明:磷酸铁锂电池组的热失控温度约200～300℃,呈现集中燃烧,气相火焰温度可达1 100℃;磷酸铁锂电池组电池数量增加,喷射火焰出现的次数增多,热释放速率峰值相应出现;电池组最大质量损失速率随电池数量的增加呈幂函数变化,放热量与电池数量的1. 28次方成正比。     

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.     

惰性气体结合细水雾抑制锂离子电池燃烧试验研究

为研究锂离子电池热失控过程中的相关特性,在细水雾基础上加入惰性气体进行抑制锂离子电池火灾试验。选取荷电状态为0%、50%、100%的磷酸铁锂电池分别在空气、N_2、CO_2气体环境中研究热失控特性;在热失控研究基础上,利用细水雾喷射装置开展锂离子电池热失控灭火试验,对比分析锂离子电池热失控爆发时间、温度变化、灭火时间等参数。结果表明:锂离子电池热失控经历鼓包破阀、初期喷火、稳定燃烧、火焰衰减、火焰熄灭、火焰复燃阶段; N_2、CO_2均能降低锂离子电池燃烧温度,减弱爆炸强度,CO_2与纯水细水雾抑制锂离子电池燃烧效果优于N_2与纯水细水雾,证明惰性气体与细水雾对锂离子电池火灾的协同抑制作用。     

锂离子电池燃爆特征及空运安全性研究

为解决与锂离子电池热失控有关的空运安全问题,利用自主设计的锂电池火灾试验平台,对不同包装、数量及荷电状态(SOC)的18650型锂离子电池开展燃爆试验研究。观察锂离子电池热失控现象,进行阶段划分,研究锂离子电池热失控传播过程;记录不同条件下锂离子电池初爆响应时间、燃爆峰值温度及峰值温度持续时间,考察不同包装、数量及SOC对锂离子电池空运安全的影响。结果表明:锂离子电池燃烧可分为初爆和燃爆2个阶段,一节电池热失控可形成连锁燃烧反应;电池热稳定性随SOC增大而显著降低;空运电池数量严重影响空运安全;用瓦楞纸包装时,燃爆峰值温度高达820℃,不能提高锂离子电池安全性。     

水凝胶灭火剂对磷酸铁锂电池组灭火效能研究

为探索针对磷酸铁锂电池组热失控行为的高效灭火剂，搭建锂电池燃烧-抑制试验平台，选取27 Ah磷酸铁锂电池组，以300 W外部热源过热诱发电池热失控至起火。在水阻断磷酸铁锂电池热失控行为试验基础上，开展水凝胶灭火剂对磷酸铁锂电池组热失控行为阻断效果试验研究，对比分析锂离子电池组热失控爆发时间、温度变化速率等参数。结果表明：水对锂电池组冷却深度不足且利用率不高，无法有效阻断电池组间热失控传播。水凝胶灭火剂可快速扑灭明火，结束喷放后电池表面温度始终低于热失控临界温度，可有效阻断电池组热失控行为。灭火剂喷放速率越大，阻止电池组热失控传播越明显，大流量的水凝胶灭火剂可完全阻止热失控在电池组单体间传播。     

航空压力环境对锂离子电池热解气体爆炸极限影响*

针对航空锂离子电池热失控释放气体安全性研究不足的问题,采用气体拉曼光谱技术、气相色谱仪(Gas Chromatography,GC)和质谱(Mass Spectroscopy,MS)耦合来探究压力和荷电状态(State of Charge,SOC)对锂离子电池早期故障气体类型、气体动态演变及气体潜在危险性等特征的影响规律,同时综合考虑压力、电压和电池温度等多种因素分析锂离子电池热失控危害。研究结果表明:电池SOC越高且环境压力越低,电池越早触发热失控,爆炸极限越宽,其中30 kPa下100%SOC电池热解气体爆炸极限为8.01%~53.35%;SOC和环境压力越高,电池热失控越危险,释放的气体体积越多;CO,CO2,PF3,C2H4及电解液（C3H6O2、C3H6O3、C4H8O2）等气体可作为航空锂离子电池早期故障诊断特征。研究结果对保障锂离子电池在航空领域的安全运输及应用具有重要意义。     

不同环境体系下锂离子电池热失控特性实验研究

针对锂离子电池热失控引发的航空运输安全问题,自主设计并搭建锂离子电池热失控灾害演化及危险性分析实验平台。在敞开和密封环境体系下,对电加热触发荷电量(State of Charge,SOC)为0%、50%和100%的18650型锂离子电池热失控规律进行了实验研究。观察单体锂离子电池在敞开和密封体系中的热失控现象,并记录单体锂离子电池热失控时间、温度峰值及相应的温度变化。数据结果显示,相比敞开体系,密封体系有效的延缓了锂离子电池发生热失控的时间,并降低了锂离子热失控时释放的能量,为锂离子电池的航空运输安全性研究提供了理论依据和工程技术参考。     

受限空间环境压力对三元锂离子电池热失控影响*

为研究三元锂离子电池在空运低压环境中的安全性,通过自主设计搭建的封闭式变压实验舱开展相关实验,对不同荷电状态（SOC）下的三元锂离子电池在不同压力环境（101,80,60,40 kPa）下的热失控特性进行研究,采集电池热失控过程中的温度以及实验舱内的压力变化,并对热失控后实验舱内的气体成分进行分析。结果表明:三元锂离子电池热稳定性随着SOC的升高而下降,常压下100%SOC的电池热失控温度可达650.8 ℃,初始环境压力越低,相同SOC的电池热失控最高温度越低。随着环境压力的降低,相同SOC的电池在热失控后会生成更多CO,且电解液占比升高。研究结果可为锂离子电池空运安全性研究提供理论依据。     

低压环境下不同三元圆柱锂电池热失控危险特性对比研究

为研究21700和18650新旧2型多用途锂离子电池在航空运输低压环境下的热失控特性差异,采用动压变温实验舱搭建实验平台开展实验。将实验环境压力设定为飞机巡航时的环境压力30 kPa,对比常压101 kPa,使用外部热源加热的方式触发锂电池热失控,利用热传播引发相邻电池热失控,分别从热失控温度变化特性、热释放速率和热解气体组分浓度变化进行分析。研究结果表明:能量密度更高的21700电池热失控峰值温度更高,高温危险性要高于18650电池,但触发热失控所需的热量更多,电池间热传播时间会延长;低压环境有利于降低锂电池热失控燃爆峰值温度,减小燃爆热释放速率,但会产生更多CxHy和CO等具有燃爆性的热解气体,可能会在有限空间内与氧气混合引起二次燃爆。     

低压细水雾系统扑救锂电池箱火灾的试验研究北大核心CSCD

为了提升动力锂离子电池系统的安全性,除了一些常规保护措施(电池冷却、电量监测、过热报警等)外,增加抑制锂离子电池早期热失控及火灾的防护系统也是必要的。针对某型电动客车锂离子电池箱的50 Ah三元锂离子电池,开展了锂离子电池单体火灾试验、锂离子电池箱火灾抑制试验及锂离子电池早期热失控抑制试验,验证低压细水雾灭火系统对于锂离子电池箱热失控安全防护的效果。结果表明,该类型三元锂离子在800 W功率的加热下,会瞬间发生爆燃,燃烧时间为69 s。低压细水雾系统成功实现了对动力锂离子电池箱内火灾及单颗锂离子电池早期热失控的抑制。在锂离子电池火灾及早期热失控抑制的过程中,均未观察到复燃及模组间热失控的传播。     

锂离子电池热失控危险性研究进展

锂离子电池广泛应用的同时也出现了燃烧、爆炸等安全问题.针对锂电池热失控及火灾问题,综述了电池内部热失控演变过程、热失控气体释放及其燃爆风险,以及热失控和火灾发生时有毒有害气体的危害性等方面近年来的研究进展.最后提出今后主要研究方向是电池模块/电池包内热失控气体释放和流动过程研究、气体爆炸危险性动态变化规律研究和大容量高比能富镍电池单体/模块热失控特性和规律研究等.     

常见三元锂电池热失控过程分析

以三元锂电池模组为研究对象，在SOC为100%的条件下加热诱发热失控，结合视频分析和热流分析，总结不同型号三元锂电池热失控的过程规律。NCM111和NCM523电池在热失控过程中产生大量烟气，NCM622和NCM811电池在热失控过程中产生猛烈火焰。整个电池组热失控过程经历时间最长的是NCM111电池，最短的是NCM622电池，NCM523和NCM811电池在失控时间上具有一定的相似性。三元锂电池的辐射热流会出现多个峰值，其中NCM111、NCM523和NCM811电池都是第一个峰值最大，NCM622电池是最后一个峰值最大。在各电池组中，NCM622电池热流值峰值最大，约为328 kW/m²。     

不同直径食用油池火燃烧特性对比试验研究

为探究食用油火灾的预防、探测及灭火技术,开展不同直径食用油池火燃烧试验,测量食用油油层温度、火焰及火羽流温度、质量损失速率、以及火焰高度等参数,分析食用油池火的燃烧特性,包括其被加热-自燃-燃烧的引燃过程和油层温度、火焰及火羽流温度、质量损失速率的变化规律;分析食用油池火燃烧速率随油池直径变化的规律,并结合理论公式计算不同油池直径对应的热释放速率。结果表明:食用油池火最大燃烧速率约为2. 3 mm/min;油池直径分别为25、40、55、70和85 cm的食用油池火对应的热释放速率分别为20、60、190、375和551 k W。     

放电条件下锂离子电池热行为的研究

锂离子电池在生产生活中扮演着重要角色,为了对其热性能有更全面的了解,对锂离子电池放电条件下的热行为进行了探究。通过采集表面温度、电压、热释放速率等参数后对比发现,在可逆热与不可逆热的作用下,电池放电过程中存在明显的升温。此外,放电处理将导致电池出现更为明显的升温情况,更早发生热失控。最后,经过放电处理的锂电池在外加热源作用进而发生失控的实验过程中有着更剧烈的热失控行为,并最终释放较少的热量。     

高温环境下18650型锂离子电池热失控过程的数值分析

采用ANSYS对高温条件下铜棒代替锂离子电池的空白试验进行数值模拟,获得拟合的陶瓷化纤棉毯的比热容;然后对18650型锂离子电池的热响应进行模拟,通过模拟结果与试验数据的比较分析,获得锂离子电池内部的反应放热量;最后应用得出的陶瓷化纤棉毯比热容和化学反应热对高温环境下18650型锂离子电池的热失控进行模拟,研究18650型锂离子电池热失控的变化规律.结果表明:20W加热条件下,锂离子电池的放热反应热为30 kJ;锂离子电池在加热1 287 s后发生热失控,热失控持续113 s后锂离子电池温度达最高,之后开始缓慢减小;锂离子电池热失控温度为500 K,热失控前温度几乎是线性增加,之后热失控导致温度迅速增加(呈指数倍增长);锂离子电池保温材料陶瓷化纤棉毯的温度变化是非线性的.     

基于实验和数值模拟的画布类材料竖向火焰蔓延研究

为了更准确的预测和判断画布类材料的竖向着火过程,减少此类事故的发生,保障劳动者生命财产安全,根据Quintiere等人提出的热物理模型,推导出火焰沿竖向蔓延的数学规律。通过对画布材料的实验研究并与火灾动力学软件FDS数值模拟得出的结果进行比较,得出其在竖向燃烧的相关参数。重点研究了火焰形态、火焰高度、火蔓延速度、油画布表面温度、质量损失速率和热释放速率,得到了油画布的火灾增长系数为0.1228。实验表明,画布的竖向燃烧速度远远大于其在水平方向的速度,因此在全景画馆中的火灾危险性是非常突出的。     

锂离子电池组热失控蔓延热传递机制的影响研究

分析通风和电池组数量对电池组热失控发展蔓延热传递机制的影响。选择荷电状态(SOC)为100%的镍钴锰(NCM523)三元锂离子动力电池组作为研究对象,改变电池组底部外加热源的热流量和加热时间,利用多物理场仿真软件COMSOL,进行热滥用导致不同风速通风环境和不同电池数量电池组热失控过程的模拟。结果表明:随着风速不断增大,电池组和周围环境的对流换热损失增强,电池组热失控蔓延进程受到了有效抑制。受热传导模式的影响,电池组数量和排列方式不同,电池组热失控蔓延的路线不同。越靠近外部热源的电池,触发热失控越早,触发热失控的起始温度越高;电池组所含电池数量越多,触发电池组热失控所需的热流量越大,但第一块电池热失控以后,后续电池触发热失控的时间间隔急剧缩短,电池组热失控后果的严重度增加。     

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。     

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。     

18650型锂离子电池燃烧特性及火灾危险性评估

为评估18650型锂离子电池的火灾危险性,以3种不同品牌的商品三元18650型锂离子电池为研究对象,采用锥形量热仪在不同辐射热和荷电状态下对3种电池进行了燃烧试验,分析了电池的热释放参数、烟参数、毒性参数和质量损失参数。并在试验的基础上构建了锂离子电池火灾危险性综合评估指标体系,计算了这3种电池在辐射热35kW/m^2及品牌1的18650型锂离子电池在25 kW/m^2条件下的火灾危险指数。结果表明:电池的热参数和毒性参数随电池荷电状态(SOC)和辐射热增大而增大,满电状态下的品牌1电池在辐射热为50 kW/m^2、35 kW/m^2和25 kW/m^2时的热释放速率峰值分别为9.23 kW、8.64 kW和6.26 kW;生烟量随电池SOC和辐射热增大而减小;综合评估得出了3种电池的火灾危险性。