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Early warning method for thermal runaway of lithium-ion batteries under thermal abuse condition based on online electrochemical impedance monitoring

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Journal of Energy Chemistry 2024年第5期92卷 74-86页

作者： Yuxuan Li Lihua Jiang Ningjie Zhang Zesen Wei Wenxin Mei qiangling duan Jinhua Sun Qingsong Wang State Key Laboratory of Fire Science University of Science and Technology of ChinaAnhui 230026HefeiChin

Early warning of thermal runaway(TR)of lithium-ion batteries(LIBs)is a significant challenge in current application *** and effective TR early warning technology is urgently required considering the current fire safety situation of *** this work,we report an early warning method of TR with online electrochemical impedance spectroscopy(EIS)monitoring,which overcomes the shortcomings of warning methods based on traditional signals such as temperature,gas,and pressure with obvious delay and high *** in-situ data acquisition through accelerating rate calorimeter(ARC)-EIS test,the crucial features of TR were extracted using the RReliefF *** mechanisms corresponding to the features at specific frequencies were ***,a three-level warning strategy for single battery,series module,and parallel module was formulated,which can successfully send out an early warning signal ahead of the self-heating temperature of battery under thermal abuse *** technology can provide a reliable basis for the timely intervention of battery thermal management and fire protection systems and is expected to be applied to electric vehicles and energy storage devices to realize early warning and improve battery safety.

关键词： Online EIS measurement Lithium-ion batterysafety Multistage thermal runaway early warning Sensitivityanalysis

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初始温度对柴油表面火蔓延的影响

燃烧科学与技术 2014年第6期20卷 505-510页

作者：白洪宝段强领王青松孙金华中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026 海军蚌埠士官学校兵器系蚌埠233012

通过自行搭建的液体火蔓延实验系统,运用高速纹影摄像技术和数码摄像机实时记录火蔓延的整个过程,分析了表面流和闪火焰出现的成因;结合微细热电偶测温技术,对火蔓延过程中的油面温升规律、速度变化规律进行了探讨;研究发现当燃油初始... 详细信息

通过自行搭建的液体火蔓延实验系统,运用高速纹影摄像技术和数码摄像机实时记录火蔓延的整个过程,分析了表面流和闪火焰出现的成因;结合微细热电偶测温技术,对火蔓延过程中的油面温升规律、速度变化规律进行了探讨;研究发现当燃油初始温度小于35,℃时,随温度升高,表面流作用被削弱,平均火蔓延速度降低;当燃油初始温度大于35,℃时,火蔓延速度随温度升高而逐渐增大.

关键词： 0号柴油火蔓延高速摄像纹影表面流

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某民房火灾场景重构及火灾调查应用

武汉理工大学学报（信息与管理工程版） 2022年第3期44卷 371-374,382页

作者：郭亮段强领湖北省武汉市消防救援局武汉430024 中国科学技术大学合肥230027

将火灾调查与计算机数值模拟技术相结合,利用FDS数值模拟软件对民房火灾场景进行重构,还原火灾发生发展全过程,研究火灾场景中温度场以及烟雾扩散行为。结果发现:数值模拟中火灾发展趋势和可燃物烧损情况与周围居民笔录以及专家现场勘... 详细信息

将火灾调查与计算机数值模拟技术相结合,利用FDS数值模拟软件对民房火灾场景进行重构,还原火灾发生发展全过程,研究火灾场景中温度场以及烟雾扩散行为。结果发现:数值模拟中火灾发展趋势和可燃物烧损情况与周围居民笔录以及专家现场勘验结果基本吻合,认定火灾原因。验证了通过数值模拟进行火灾场景重构并应用于火灾调查的准确性和有效性,数值模拟火灾场景重构可以作为火灾调查的有效补充手段,提升火灾调查水平。

关键词：火灾调查数值模拟 FDS 火灾场景重构

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管道内障碍物对高压氢泄漏自燃特性的影响研究

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中国安全科学学报 2020年第9期30卷 164-170页

作者：段强领曾倩李萍朱梦园王青松孙金华中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室安徽合肥230026

为探究高压氢泄漏自燃机制,采用高速摄像、压力采集和火焰探测等技术研究管内障碍物对高压氢泄漏自燃特性的影响,其中三角形障碍物被布置在距爆破片120 mm处的管道上壁面和下壁面。研究结果表明:当管道内存在障碍物时,前导激波与障碍物... 详细信息

为探究高压氢泄漏自燃机制,采用高速摄像、压力采集和火焰探测等技术研究管内障碍物对高压氢泄漏自燃特性的影响,其中三角形障碍物被布置在距爆破片120 mm处的管道上壁面和下壁面。研究结果表明:当管道内存在障碍物时,前导激波与障碍物壁相互作用,产生压力约为前导激波压力2倍的反射激波;同时,障碍物的存在提高自燃发生的可能性,自燃临界泄放压力由4.21 MPa(无障碍物管道)降低到2.84 MPa(置障管道);此外,障碍物的存在会显著降低初始点火时间和初始点火距离,并且管道内初始点火趋向于出现在障碍物附近。

关键词：管道内障碍物高压氢气泄漏自燃激波扩散点火

三元锂离子电池组热失控阻隔及其传热特性实验研究

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储能科学与技术 2023年第6期12卷 1862-1871页

作者：申锡江段强领秦鹏王青松孙金华中国科学技术大学安徽合肥230031

为了预防锂离子电池组内热失控传播引起的火灾爆炸事故,有必要在电池组中采取热阻隔措施延缓热失控过程。本工作以4块40 Ah方形NCM三元锂离子电池组成的电池组为研究对象,研究了不同隔热夹层对电池组热失控传播行为及传热特性的影响。... 详细信息

为了预防锂离子电池组内热失控传播引起的火灾爆炸事故,有必要在电池组中采取热阻隔措施延缓热失控过程。本工作以4块40 Ah方形NCM三元锂离子电池组成的电池组为研究对象,研究了不同隔热夹层对电池组热失控传播行为及传热特性的影响。结果表明,电池间无隔热夹层时,4块电池均发生剧烈的热失控行为且传热迅速,诱发上游电池热失控30 s后,下游电池左侧温度已达到364.89℃,相邻电池间的热失控传播平均用时仅为99.33 s;在采用6 mm厚隔热棉和3 mm厚气凝胶作为隔热夹层时,热失控传播平均用时分别延长至644.33 s和1282.33 s;而采用6 mm气凝胶作为隔热夹层时,热失控传播过程被阻断。综合对隔热性能和电池组能量密度的考虑,本研究建议选择3 mm厚气凝胶作为电池组隔热材料。进一步建立了电池热失控过程中的传热计算模型,发现诱发电池热失控的热量有81.7%来自上游已发生热失控的电池,仅有18.3%源于电池自产热;本研究结果对锂离子电池模组的安全设计以及热失控传播阻隔材料的选择具有理论指导意义。

关键词：锂离子电池热失控阻隔传热

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多种灭火剂扑救大容量锂离子电池火灾的实验研究

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储能科学与技术 2018年第6期7卷 1105-1112页

作者：刘昱君段强领黎可陈昊东王青松中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室安徽合肥230026

为研究不同灭火介质对大容量动力锂离子电池火灾的有效性,搭建了适用于多种灭火介质的灭火测试平台。在灭火测试平台上以功率为300 W的电热管作为外热源引发单电池热失控,通过改变灭火介质,研究了不同灭火介质的灭火行为及灭火效率。研... 详细信息

为研究不同灭火介质对大容量动力锂离子电池火灾的有效性,搭建了适用于多种灭火介质的灭火测试平台。在灭火测试平台上以功率为300 W的电热管作为外热源引发单电池热失控,通过改变灭火介质,研究了不同灭火介质的灭火行为及灭火效率。研究结果表明,对于38A·h单体动力电池火灾,ABC干粉、七氟丙烷(HFC)、水、全氟己酮和CO_2灭火剂均能快速熄灭电池明火,但CO_2灭火剂灭火后电池出现了复燃;电池灭火过程中,不同的灭火剂在抑制电池温度上升表现出明显差异,其中,抑制温升效果优劣依次为水、全氟己酮、HFC、ABC干粉和CO_2。本研究的结果可为工程应用及电池灭火规范制定提供实验支撑。

关键词：锂离子电池热失控电池灭火灭火介质

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大容量磷酸铁锂动力电池热失控预警策略研究

中国安全科学学报 2021年第11期31卷 120-126页

作者：刘同宇李师付卫东段强领孙金华王青松中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室安徽合肥230026 郑州深澜动力科技有限公司河南郑州450000

为探究磷酸铁锂动力电池热失控预警方法,在大型锂离子电池热失控试验集装箱内,研究商用大容量LFP电池(305 Ah)在外部加热和过充条件下的热失控特征;根据样品电池的热失控特征参数,设计开发耦合电池温度、特征气体、烟雾和挥发性有机化合... 详细信息

为探究磷酸铁锂动力电池热失控预警方法,在大型锂离子电池热失控试验集装箱内,研究商用大容量LFP电池(305 Ah)在外部加热和过充条件下的热失控特征;根据样品电池的热失控特征参数,设计开发耦合电池温度、特征气体、烟雾和挥发性有机化合物(VOC)传感器信号的三级预警策略,并试验验证该策略。结果表明:大容量LFP热失控过程存在一系列稳定的特征试验现象,多种特征参数可应用于电池热失控的早期预警;利用开发的分级预警策略,可实时监控LFP的安全状态,在目标电池发生热失控前,可以提前15 min预警,为热失控防控提供应急处置时间。

关键词：磷酸铁锂(LFP)电池大容量动力电池热失控预警策略

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封闭矩形直管内的天然气/空气预混火焰传播

燃烧科学与技术 2016年第5期22卷 419-425页

作者：彭忠璟熊涛段强领金凯强肖华华沈晓波王青松孙金华中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230027 新疆油田公司采气一厂克拉玛依834000 马里兰大学帕克分校詹姆斯克拉克工程学院马里兰州md20742 华东理工大学资源与环境工程学院上海200237

采用高速-纹影摄像和压力测试技术,对不同当量比的天然气/空气预混火焰结构、传播速度特性以及压力特性开展了实验研究.分析了预混火焰传播过程及Tulip火焰形成机理,并与同等条件下甲烷/空气预混燃烧过程进行了对比.结果表明,当量比对... 详细信息

采用高速-纹影摄像和压力测试技术,对不同当量比的天然气/空气预混火焰结构、传播速度特性以及压力特性开展了实验研究.分析了预混火焰传播过程及Tulip火焰形成机理,并与同等条件下甲烷/空气预混燃烧过程进行了对比.结果表明,当量比对预混火焰传播有重要影响,直接表现在火焰结构变化、形状演化和传播速度等方面;Tulip火焰的形成伴随着火焰传播速度的骤降;二元可燃气体中加入活性较强的气体组分,将加快火焰传播速度,危险性更大.

关键词：天然气预混火焰传播特性 Tulip火焰

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大型磷酸铁锂电池高温热失控模拟研究

储能科学与技术 2021年第1期10卷 202-209页

作者：梅文昕段强领王青山李妍李欣朱金大王青松中国科学技术大学安徽合肥230026 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院江苏南京210008 国网江苏省电力有限公司江苏南京210024 国网电力科学研究院有限公司江苏南京211000

高温是触发锂离子电池热失控的最直接原因,因此研究锂离子电池在高温加热中的热失控特征及其内在机制至关重要。本文选取109 A·h大型磷酸铁锂电池为研究对象,在COMSOL Multiphysics中建立了6种不同温度下(140℃、145℃、150℃、155℃、... 详细信息

高温是触发锂离子电池热失控的最直接原因,因此研究锂离子电池在高温加热中的热失控特征及其内在机制至关重要。本文选取109 A·h大型磷酸铁锂电池为研究对象,在COMSOL Multiphysics中建立了6种不同温度下(140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃)的烘箱热失控模型,模拟分析了电池在高温加热条件下的热失控特征和温度分布。研究结果表明在140℃和145℃时电池未发生热失控,其他工况下电池均发生热失控,且环境温度越高,电池发生热失控的时间越早,温升速率加快。此外,通过对热失控各副反应分解浓度分析得知,未发生热失控情况下只发生了SEI膜和负极的分解反应,而正极与电解液的反应是造成电池热失控的主要诱因。最后通过对比发生热失控和未发生热失控情况下电池的温度分布,发现未发生热失控条件下电池温度分布均匀,而发生热失控时电池温度均匀性变差。同时发现高环境温度下电池的热失控更为剧烈,温度分布极不均匀,且在热失控前后温度分布变化较快,预计电池材料发生的不可逆分解反应是导致电池损坏的主要原因。

关键词：锂离子电池安全磷酸铁锂高温热失控模型副反应温度分布