钛酸锂电池在绝热环境中循环的热响应特性（英文）

钛酸锂电池广泛应用于储能系统,其安全性也备受关注。采用加速量热仪与电池循环仪联用技术,对钛酸锂电池在循环过程中的热响应情况进行了研究。研究表明,测试电池在放电和充电阶段均有明显的小幅度温升现象。通过测试电池在不同倍率下的产热情况,发现电池在各循环阶段的绝热产热量与循环倍率成正比,其热失控危险性也随着循环倍率的增大而增加。     

配电箱在火灾环境下的热响应特性研究

对建筑中广泛使用的低压配电箱在实际火灾条件下的导热过程进行了分析,借鉴现有规范中对排烟风机的耐温要求,估算了配电箱在280℃时需要的隔热板厚度。在一腔室内利用火源功率为700kW的油池火模拟实际火灾环境,对普通配电箱和加隔热板配电箱箱体温升特性进行了研究,分析了火灾环境温度变化对配电箱箱体、内部温度变化的影响规律,验证了配电箱保持连续工作30min的耐火设计要求。     

低压环境对锂电池热失控释放温度影响

为研究锂电池在民航飞行低压特殊环境的安全性及发生热失控灾害后的高温危险性,通过可模拟飞行变动条件的动压变温实验舱开展系列实验,研究锂电池在不同低压环境下的（101,60,30 kPa）多节18650型锂离子电池热失控温度特性,采集电池池体温度及热失控喷射释放温度等参数。研究结果表明:随环境压力降低,圆柱锂电池间的热失控传播并不能被阻断,但锂电池热失控灾害所释放产生的高温区域减少,且高温持续时间变短,释放所产生温度的高温危险性随环境压力的降低而有所降低。     

基于热成像面积变化率的锂电池热失控研究

锂电池在生活中的使用越来越普及,但锂电池热失控造成的损失是不可估量的。使用红外热成像监测锂电池表面高温区域面积的扩散,从电池过充、内部隔膜刺穿和外部短路3个方面获取电池热成像的表面高温区域分布。通过MATLAB对电池升温过程中的热成像进行红外图像处理,使用最大类间方差法分割电池表面的高温区域。最后采用高斯逼近函数拟合高温区域面积的变化,分析出3种锂电池热失控的原因。     

锂电池在特种设备行业中梯次利用的前景展望

特种设备行业对动力电池的要求不仅局限于功率性能,同时由于特种设备的应用场景特殊性,其环保要求和性价比同样重要。梯次利用作为应对电动汽车退役电池处理的重要手段,在电池余能利用方面发挥重要作用。现有特种设备动力来源正从燃油向电能转化,而且还有一大批鉛酸动力电池需要更新换代,梯次利用锂电池在机电类特种设备行业中的应用符合节能减排的政策导向,具有市场前景。     

火灾中液化气储罐热响应CFD模拟的UDF程序设计

为了降低火灾环境下储罐内部介质热响应及储罐失效试验研究的成本和风险,更好地为储罐事故的预测预防提供模拟依据,利用Fluent 12.0软件对密闭容器内部介质的传热传质过程进行模拟,给出了内部介质在受热和冷却条件下相变的控制方程;通过考虑内部介质气化热随温度的变化及饱和温度与区域单元压力之间的关系,编写了内部介质在受热和冷却条件下质量和能量源项的用户自定义函数(UDF);通过对部分参数进行简化,分别给出了喷射火和池火条件下丙烷储罐热响应模拟的结果,并与试验结果进行了对比.结果表明:储罐热响应各主要参数(内部介质温度、壁面温度,储罐内部压力)的误差在喷射火条件下低于15％,在池火条件下低于12.4％.这表明模拟所需源项UDF正确,可以用于现实储罐热响应的模拟.     

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。     

火灾环境下热-冷循环作用对混凝土性能的影响研究

为了研究混凝土材料的结构与力学特征受火灾热-冷作用的影响规律,通过测量不同热-冷作用次数下的试样质量和密度损失率定量表征了混凝土结构损伤程度;通过开展单轴压缩实验对热-冷作用对其力学行为的变化规律进行了研究;最后进行XRD衍射实验和SEM扫描电子显微镜对混凝土的成分与微观结构进行探测.实验结果表明:在火灾热-冷作用下,...     

聚集用火下热探测器响应温度的研究

为得出聚集用火下建筑物天花板平面热探测器响应温度的计算公式,采用PyroSim 2015软件进行建模,在模型天花板平面内设置一系列的热电偶代替热探测器监测温度变化,在热释放速率（HRR）分别为1,5,10,20,30 kW和天花板高度分别为3,5,7 m的条件下进行15次数值模拟,对模拟结果数据分析、处理及拟合。研究表明:羽流中心线处温度远高于其他位置;羽流中心线处响应温度随着天花板高度的升高而降低,且与HRR存在显著的二次函数关系;其他位置处响应温度随着天花板高度的升高而降低,随着到羽流中心线距离的增大而降低,且与HRR和到羽流中心线的距离存在显著的二次函数关系。结合室内全年最高温度及补偿温度,建立出聚集用火下热探测器响应温度的计算公式。     

相变材料填充率影响锂电池组热失控传播特性的实验研究

复合相变材料(PCM)应用于锂电池组的热管理是当前研究的热点。然而,PCM对锂电池组热失控传播特性的影响规律仍不甚明晰。实验研究了不同PCM填充率对锂电池组的影响,分析其热失控触发时间、最高温度、质量损失和热释放速率等参数变化规律。结果发现,添加PCM后,电池表面温度、CO和SO₂浓度均出现了不同程度的降低,但对热释放速率没有明显的影响。PCM填充率为0%和10%的电池组均发生了热失控传播,而30%、50%、100%的PCM填充率能有效阻隔热失控传播的发生。     

Experimental study on thermal runaway risk of 18650 lithium ion battery under side-heating condition

To simulate the heat transfer process between lithium-ion batteries (LIBs), an electric heater with the same size and shape as LIB in this work is used to trigger thermal runaway event. The effect of state of charge (SOC), the power of heater, the cell spacing on thermal behavior of LIB was investigated as well the amount of transferred heat between the heater and LIB was calculated. The results indicate that 50% SOC is an unstable state for LIB, that a stronger jet flame becomes more likely when the SOC of LIB is higher than 50%. Additionally, the increased spacing, lower heating power and SOC can contribute to mitigate the severity of thermal runaway behavior. Further, the dominant path of heat transfer between the heater and LIB will also vary with operating conditions. The heat conduction through air is the main heat transfer path in tests with lower heating power. However, heat radiation will replace heat conduction as the primary heat transfer mode when there is a large temperature difference between the heater and LIB in tests with higher heating power. Understanding the leading heat transfer path between LIBs can provide valuable guidelines for the safety design of lithium-ion battery modules.     

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。     

锂枝晶导致的锂离子电池内短路模拟研究

锂离子电池内短路是导致其热失控的主要原因之一,机械撞击、集流体边缘毛刺和锂枝晶生长等都可刺穿隔膜导致电池内短路。采用有限元数值模拟方法,对锂枝晶引起的锂离子电池内短路进行了研究,比较分析了不同锂枝晶半径、数量和中心距情况下电池的热响应特征。结果表明锂枝晶导致的电池内短路产热来源主要是正负极可逆和不可逆热。短路电流、产热功率和电池最高温度等都随锂枝晶半径的增大而增大。锂枝晶中心距增大时,短路电流和产热功率也随之变大,但由于受到电解液锂离子浓度的影响二者增加的幅度越来越小。锂枝晶中心距越大时虽然电池总产热量越大,电池平均温度更高,但由于此时短路点分布较分散,电池最高温度却较反而较小。     

A review of hazards associated with primary lithium and lithium-ion batteries

Primary lithium batteries contain hazardous materials such as lithium metal and flammable solvents, which can lead to exothermic activity and runaway reactions above a defined temperature. Lithium-ion batteries operating outside the safe envelope can also lead to formation of lithium metal and thermal runaway. Despite protection by battery safety mechanisms, fires originating from primary lithium and lithium-ion batteries are a relatively frequent occurrence.This paper reviews the hazards associated with primary lithium and lithium-ion cells, with an emphasis on the role played by chemistry at individual cell level. Safety mechanisms to prevent the occurrence and limit the consequences of incidents are reviewed, together with safety tests to monitor compliance with battery safety regulations and standards. Incident information from news accounts and open literature sources are reviewed to extract causal information.It is concluded that the potential severity of incidents during storage, transport and recycling of waste batteries can be significantly higher than in end-use applications. Safe storage, packaging and labelling practices, as well as communication among the parties involved, are essential to ensure safety across the battery lifecycle. It is recommended that a database of lithium battery incidents would be valuable to improve the evidence base for informing accident prevention measures.     

中空玻璃受热破裂行为规律研究

研究了单层玻璃厚度为6mm,两块玻璃间距为6mm的中空玻璃的受热响应规律,分析了向火面和背火面玻璃板的表面温度、玻璃板向火面中心点处的热通量、两块玻璃的破裂时间、裂纹形态以及玻璃脱落情况等。定义玻璃边长区域范围为[-0.5L,0.5L],则玻璃首次起裂点均位于被遮蔽边上,且在[-0.25L,0.25L]的范围内。进一步研究了遮蔽方式对中空玻璃破裂行为的影响,在本实验条件下,四边遮蔽的向火面玻璃最易破裂,且左右垂直遮蔽比上下水平遮蔽情况下脱落程度严重。     

不同外热功率下18650锂离子电池热失控特性

为探究不同外热功率(220,170,120,70 W)下锂离子电池的热失控特性,采用动压变温实验舱作为燃爆实验舱,并利用量热仪和ISO-9705烟气分析仪监测特征参数,对荷电状态(SOC)为100％的18650型锂离子电池进行高温热失控实验.结果表明:在不同的外热功率条件下,锂离子电池进入热失控的过程呈现出相似的趋势,...     

基于火探管式的锂离子电池灭火技术研究

为研究锂离子电池灭火方案,基于火探管灭火技术同时利用新型清洁灭火剂Novec 1230,组装成火探管灭火系统。在灭火测试平台上以功率为200 W的电热管作为外热源引发单电池或电池模组热失控,通过改变火探管的布置位置,记录相应的灭火行为以及灭火效率,并对实验结果进行了分析。研究结果表明,当火探管灭火系统直接布置在电池正上方时,在起火后的5.6s内控制火情;随着灭火剂用量增加可以显著降低体系温度,防止电池复燃以及连锁热失控现象发生;火探管有效覆盖区域外的失控电池作为热源将继续加热临近电池,引发连锁热失控,造成灭火系统失效;根据电池热失控后的燃烧行为以及传热行为,提出相应的火探管灭火系统复合方案。     

Effects of environmental temperature on the thermal runaway of lithium-ion batteries during charging process

Lithium-ion batteries with relatively narrow operating temperature range have provoked concerns regarding the safety of LIBs. In this work, a series of experiments were conducted to explore the thermal runaway (TR) behaviors of charging batteries in a high/low temperature test chamber. The effects of charging rates (0.5 C, 1 C, 2 C, and 3 C), and ambient temperature (2 °C, 32 °C and 56 °C) are comprehensively investigated.The results indicate that the cell exhibited greater thermal hazard at the high charging rate and ambient temperature conditions. As the charging rate increased from 0.5 C to 3 C, more lithium intercalated in the anode prompt the TR triggered in advance, the TR onset temperature decreased from 297.5 °C to 264.7 °C. In addition, the charging time decreased with the elevated ambient temperature, resulting in a relatively higher TR onset temperature and lower maximum temperature, and the average TR critical time declined by 115–143 s. Finally, the TR required less heat accumulation with increasing of charging rate and ambient temperature, and the heat generation of side reaction played a substantial role that accounted for approximately 54%∼63%. These results provide an insight into the charging cell thermal runaway behaviors in complex operation environments and deliver valuable guidance for improving the safety of cell operation.