细水雾抑制18650型锂离子电池热失控实验研究

为研究细水雾灭火系统对18650型锂电池热失控的抑制效果,利用自设计实验平台进行抑爆实验,对比初爆与燃爆两个关键点及有无外部热源的温度变化图。研究表明,细水雾能够明显抑制18650型锂电池热失控,但施加细水雾的时间点对抑制效果影响较大,初爆后施加细水雾能够有效抑制,在燃爆后施加细水雾10s内温度降低200℃以上,但由于锂电池内部电解液复燃的特点,温度回升。温升速率的变化使得电池初爆的时间和温度分别提前了67.4%和44.4%,据此提出通过探测18650型锂电池初爆释放气体发现热失控发生并在最短时间内移除异常行为电池来控制电池热失控及其热量的异常传播。     

太空环境下锂离子电池热失控与火灾的研究展望

综述了锂离子电池的热失控机理,介绍了由于电池内部电解液、电池隔膜和电极材料分解的链式热反应过程而引发的热失控和火灾现象。同时,讨论了锂离子电池在微重力太空环境中可能产生的烟黑浓度倍增,加速火蔓延,火焰喷射等极端火行为。进而探讨了开展锂离子电池的低压、落塔和抛物飞行等地面实验模拟太空微重力燃烧的方法可行性,建立数值模型预测太空微重力环境下锂离子电池热失控临界条件与火灾行为的必要性,以及如何通过基础研究科学地指导空间站电池热管理和消防系统的设计。     

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.     

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。     

细水雾与隔热层协同对锂离子电池灾害传播抑制的研究

热失控是锂离子电池最严重的安全问题,一旦发生,极易在电池模组内传播,其释放的热量成倍增长后会导致严重的燃烧爆炸事故,严重阻碍了其在储能、电动汽车等行业的应用,因此需要可靠的方法来阻隔热失控在电池间的传播。目前主流的散热与隔热两种热失控抑制策略都存在不足,细水雾因其出色的冷却能力被首选为散热介质,因此有必要开展细水雾散热与隔热层隔热对电池模组内灾害传播协同抑制的有效性研究。以4块车用7 Ah方型动力三元锂离子电池为研究对象,对比分析了隔热层隔热、细水雾散热及其协同抑制三种策略对热失控传播抑制中的关键参数变化。结果表明：本实验中单纯的隔热或细水雾散热方法均无法完全阻断热失控蔓延,但协同抑制策略不仅能完全有效阻断,还可有效解决隔热板导致的聚热现象与细水雾冷却速率有限的问题,相邻电池的最高温度及最大温升速率控制在了132.4℃、0.35℃/s以下;同时,有毒气体CO、SO₂的浓度相比无抑制时分别下降约21%、30%。协同抑制的综合效果大于两者单独作用之和,本研究可为电池包内合理平衡隔热和散热之间的关系设计提供数据参考。     

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...     

基于雾冷系统的锂离子电池热失控抑制研究

为了深入研究雾冷技术对锂离子电池热失控灾害的冷却抑制效果,通过实验方法研究不同流速及浓度条件下雾冷技术对热失控的抑制效果。研究结果表明：与空气冷却相比,雾冷系统的冷却能力有大幅度提升,其可以在热失控触发前有效阻断热失控进展;热失控条件下,需通入过量雾滴,进而增强电池高温局部蒸发吸热的能力,以达到预期冷却效果;雾滴局部增发吸热是主导热失控抑制的关键因素,其与雾滴自身浓度与气流速度密切相关。基于冷却过程中的关键温度节点,本文将热失控灾害防治划分成不同级别,可用于指导实际工程应用。     

不同外热部位下18650型锂离子电池热失控研究

为探究不同外热部位对18650型锂离子电池热失控特性的影响,通过自主设计的试验平台对电荷量为100%的18650型锂离子电池开展不同外热部位下热失控试验,探讨不同部位外热源对电池热失控行为过程、热失控响应时间、温度特性、电池破裂部位的影响。结果表明:在相同热源功率条件下,外热源位置对电池热失控过程中初爆与二次燃爆间的时间间隔存在影响,顶部加热时安全阀打开瞬间便发生二次燃爆,底部和中部加热工况下,时间间隔分别延迟至18 s和40 s;中部加热时池体温升速率最慢,为0.873℃/s,分别为顶部和底部加热时的77.5%和77.8%;中部加热时热失控响应时间最长达290 s,顶部和底部加热时分别缩短12.4%和30.0%;顶部和底部加热时,热失控破裂部位集中于顶部"褶皱处"和底部防爆阀,但在中部加热工况下,电池发生破裂部位的随机性增加,其外壳破坏程度也有增加。     

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,...     

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...     

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。     

细水雾幕衰减热辐射的数值模拟研究

针对现有防火分隔技术的不足,以细水雾幕作为新的防火分隔技术,开展了不同细水雾幕雾特性对衰减热辐射影响的数值模拟研究。通过建立长通道模型,在火源和被保护物体中间设置细水雾幕系统,测量有无细水雾幕及不同细水雾特性条件下被保护侧温度及热辐射强度值,来定性定量研究细水雾幕衰减热辐射的效率。模拟结果表明:细水雾幕可以很好的降低被保护侧空间的温度和热辐射强度;衰减热辐射效率随雾滴粒径的减小,喷雾流量的增大,喷头排数增加而增大;另外,其衰减热辐射效率与喷头布置方式有关,上喷方式明显优于下喷方式。研究结果将对现有防火分隔技术的改善提供帮助和技术支持。     

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。     

工作压力对细水雾雾场特性参数影响的实验研究

为了研究工作压力对细水雾雾场特性参数的影响,针对高、中低压细水雾喷头,测量、计算了不同工作压力下细水雾的雾化锥角、雾通量分布、粒径分布及雾动量,得到了高压细水雾与中低压细水雾雾场特性参数的区别及不同工作压力下细水雾雾场特性参数的变化规律,为细水雾喷头的开发及设计应用提供了相应的实验依据。     

Experimental study on the synergistic inhibition effect of nitrogen and ultrafine water mist on gas explosion in a vented duct

In this study, in order to research the synergistic inhibition effect of nitrogen and ultrafine water mist on gas explosion in a vented duct, a semi-confined transparent chamber was designed with the size of 120 × 120 × 840 mm, and the experiments were carried out with stoichiometric methane/air premixed mixture (fraction of methane: 9.5%), adding different fractions of nitrogen and ultrafine water mist. The experimental results showed the following: The combination of nitrogen and ultrafine water mist had a synergistic inhibiting effect on methane/air explosion, which was preferable to the single use of any kind. With the increase of spraying time of water mist and fraction of nitrogen, the initial shape of the explosion flame became snakelike, and at the same time the peak flame propagation speed and peak overpressure decreased significantly. When the nitrogen fraction was increased to 10% and the mist spraying time was increased to 2min, synergistic inhibiting effect on overpressure was high efficient. However, with the increase of spraying time of water mist and fraction of nitrogen going on, the amount of increase of explosion inhibition efficiency was gradually reduced.     

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.     

细水雾抑制渔船早期火灾模拟实验研究

针对渔船火灾危险性进行分析,辨识火灾危险源,通过实验模拟横向对比几种灭火介质的灭火效果。实验中以柴油油盘火模拟渔船早期火灾,并根据发动机舱的特点设置了喷雾火模拟发动机舱火灾,并通过对比几种不同灭火剂的灭火效果得出细水雾灭火有效性能良好,具有应用于实践的可行性,在渔船灭火技术应用中前景广阔的结论。