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不同灭火剂抑制锂离子电池热失控传播试验研究

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安全与环境学报 2024年第7期24卷 2585-2592页

作者：张林汪书苹许佳佳朱太云姜丽华李昌豪王青松中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230000 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院电力火灾与安全防护安徽省重点实验室(国家电网公司输变电设施火灾防护实验室)合肥230601

对于锂离子电池模组火灾,灭火剂能否抑制热失控传播非常重要。搭建了适用于多种灭火介质的测试平台,比较了不同灭火剂的冷却能力及抑制热失控传播能力。结果表明,对于三元锂离子电池,热失控后伴随的高温是热失控难以抑制的关键。当电池... 详细信息

对于锂离子电池模组火灾,灭火剂能否抑制热失控传播非常重要。搭建了适用于多种灭火介质的测试平台,比较了不同灭火剂的冷却能力及抑制热失控传播能力。结果表明,对于三元锂离子电池,热失控后伴随的高温是热失控难以抑制的关键。当电池模组内一个电池发生热失控后,热失控将在短时间内蔓延整个模组,热失控传播非常迅速。因此,灭火剂的冷却能力至关重要。水喷淋、全氟己酮和七氟丙烷都可以快速扑灭明火。其中,降温效果从优到劣依次为水喷淋、全氟己酮和七氟丙烷。水喷淋可以有效阻止电池模组内的热失控传播,而全氟己酮和七氟丙烷仅能延缓热失控传播,全氟己酮的抑制效果优于七氟丙烷。研究结果可为电池模组的灭火设计提供试验支撑。

关键词：安全工程锂离子电池热失控传播火灾抑制灭火介质

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锂离子电池热失控传播特性及其抑制策略研究进展

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储能科学与技术 2024年第7期13卷 2470-2482页

作者：陈国贺吕培召李孟涵饶中浩河北工业大学能源与环境工程学院先进储能技术与装备河北省工程研究中心天津300401 河北工业大学能源与环境工程学院河北省热科学与能源清洁利用技术重点实验室天津300401

锂离子电池以其能量密度高、生命周期长和自放电率低等优点,被广泛应用于电动汽车、储能电站等诸多领域。近年来,锂离子电池安全事故频发,尤其是高比能锂离子电池的安全性,是制约其发展的瓶颈问题。锂离子电池热失控机理、热失控传播特... 详细信息

锂离子电池以其能量密度高、生命周期长和自放电率低等优点,被广泛应用于电动汽车、储能电站等诸多领域。近年来,锂离子电池安全事故频发,尤其是高比能锂离子电池的安全性,是制约其发展的瓶颈问题。锂离子电池热失控机理、热失控传播特性、抑制热失控传播策略等是提高电池安全性的重要研究领域。因此,本文介绍了锂离子电池热失控的链式放热副反应导致电池内部产热、升温、产气及排气过程,分析了锂离子电池热失控过程热量在电池模组中的传播路径,总结了热失控触发方式、电池连接方式、电池排列方式、环境条件、电池正极材料、电池充电倍率、电池间距和电池荷电状态等因素对电池热失控传播特性的影响,重点分析了空气冷却、液冷板冷却、浸没式冷却、相变材料、高导热材料、隔热材料和多种热管理技术组合等策略抑制锂离子电池的热失控传播的效果。在此基础上,本文对锂离子电池热失控传播机理、仿真和抑制策略提供了方向和思路,对提升锂离子电池的安全性,促进电化学储能技术的发展与应用具有重要意义。

关键词：热失控热失控传播电池热管理锂离子电池

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磷酸铁锂电池热失控传播特性的影响因素研究

消防科学与技术 2024年第5期43卷 641-650页

作者：宋来丰田佳敏刘勇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

以试验方式探究影响磷酸铁锂电池热失控传播的主要因素,设计了不同荷电状态、电池间距以及电气连接方式的电池模组开展热失控传播试验,根据温度、电压以及质量等参数,分析了不同因素对热失控传播的影响程度.结果表明,3种因素对热失控传... 详细信息

以试验方式探究影响磷酸铁锂电池热失控传播的主要因素,设计了不同荷电状态、电池间距以及电气连接方式的电池模组开展热失控传播试验,根据温度、电压以及质量等参数,分析了不同因素对热失控传播的影响程度.结果表明,3种因素对热失控传播的影响程度依次为:荷电状态、电池间距、电气连接方式.同时得到导致热失控传播的主要传热路径是向下游电池传热.

关键词：磷酸铁锂电池热失控传播传热温度变化电压响应质量变化

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锂离子电池模组热失控传播实验研究

上海理工大学学报 2024年

作者：陈龙张振东盛雷朱亚宁朱泽华呼延吉上海理工大学机械工程学院延擎电子科技(宁波)有限公司

为了提升电池热安全和汽车可靠性，开展电池模组热失控传播研究。针对圆柱形21700锂离子电池的热失控传播特性，通过实验研究了电池荷电状态、单体间距等因素对21700锂离子电池模组多维度热失控传播行为的影响。发现电池热失控轴向传播... 详细信息

为了提升电池热安全和汽车可靠性，开展电池模组热失控传播研究。针对圆柱形21700锂离子电池的热失控传播特性，通过实验研究了电池荷电状态、单体间距等因素对21700锂离子电池模组多维度热失控传播行为的影响。发现电池热失控轴向传播要快于径向。在电池满电状态，间距2.0 mm时，热失控轴向传播要比径向快97 s，并且随着电池电量的降低和间距的增大，热失控传播速度变慢。在电池间距为2.0 mm时，30%和50%荷电状态分别是轴向和径向电池的安全荷电状态。在电池满电状态时，6.0 mm和4.0 mm分别是轴向和径向电池的安全距离。研究结果可为电池的存储、运输以及电动汽车的电池模组设计等提供借鉴。

关键词： 21700锂离子电池模组热失控传播多维度荷电状态电池间距

不同类型添加剂细水雾抑制锂电池组热失控传播试验研究

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消防科学与技术 2024年第8期43卷 1145-1150页

作者：申千千彭伟张少杰朱思婷安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南 232001 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南 232001 安徽理工大学公共安全与应急管理学院安徽合肥 231131

以18650型三元锂电池组为研究对象,探究了锂电池组热失控传播的特征,进而研究了在不同灾害时刻施加不同类型添加剂细水雾对锂电池组热失控传播的抑制效果及抑制机理.结果表明:热失控在三角形布置的电池模组中的传播可划分为热失控引发... 详细信息

以18650型三元锂电池组为研究对象,探究了锂电池组热失控传播的特征,进而研究了在不同灾害时刻施加不同类型添加剂细水雾对锂电池组热失控传播的抑制效果及抑制机理.结果表明:热失控在三角形布置的电池模组中的传播可划分为热失控引发、热失控层间传播、热失控同层传播3个特征时刻,由于存在上一层的预热作用,同层传播比层间传播更为迅速.在不同灾害时刻分别施加纯水细水雾、含1%CAB-35细水雾和含 4%APG0810细水雾,发现细水雾抑制锂电池热失控传播效果与其对单体目标电池的降温效果存在一致性.含4%APG0810细水雾可显著降低目标电池热失控最高温度,在抑制热失控传播上具有最优效果,对热失控同层及层间传播均可起到抑制作用;热失控降温不明显的纯水细水雾和含1%CAB-35细水雾对热失控层间传播可起到抑制作用,而对热失控同层传播无法抑制.通过不同添加剂的溶液性能测试发现,含 4%APG0810细水雾抑制能力显著优于其余 2种的原因是 4%APG0810具有最低的表面张力和接触角,并且其起泡性和泡沫稳定性也最佳,这些效果的共同作用提升了其对热失控传播的抑制效果.

关键词：锂电池模组热失控传播细水雾添加剂抑制效果

纵向通风对三元锂离子电池模块热失控及其传播的影响

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清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：韩浩姜雪刘旭东张培红东北大学资源与土木工程学院

通风对锂离子电池(lithium-ion battery, LIB)模块热失控(thermal runaway, TR)及其传播的影响具有复杂性。该文构建纵向通风环境,以5块5 Ah三元锂离子电池组成的LIB模块为研究对象,通过改变风速,对比分析电池表面温度、烟气浓度、 LIB... 详细信息

通风对锂离子电池(lithium-ion battery, LIB)模块热失控(thermal runaway, TR)及其传播的影响具有复杂性。该文构建纵向通风环境,以5块5 Ah三元锂离子电池组成的LIB模块为研究对象,通过改变风速,对比分析电池表面温度、烟气浓度、 LIB模块TR传播时间和质量损失率等参数,研究纵向通风对LIB模块TR及其传播的供氧助燃和散热冷却双重作用机制。结果表明:纵向通风对LIB模块TR及其传播的影响由供氧助燃和散热冷却的协同作用决定,主导作用机制随风速不同而不同。在2.0、 3.0和4.5 m/s风速下,供氧助燃作用为主导,对LIB模块TR及其传播有促进作用,且促进效果随风速增加而减弱;而在6.0、 7.5和9.0 m/s风速下,散热冷却作用为主导,对LIB模块TR及其传播有抑制作用,且抑制效果随风速增加而增强。该文研究结果可为LIB模块的热安全及其在新能源领域的推广应用提供参考。

关键词：锂离子电池热失控传播纵向通风供氧助燃散热冷却

锂离子电池热失控气体燃烧对热失控传播影响的量化方法

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北京航空航天大学学报 2023年第1期49卷 17-22页

作者：张青松刘添添赵子恒中国民航大学民航热灾害防控与应急重点实验室天津300300

为量化锂离子电池热失控过程产生热失控气体对热失控传播的影响,基于能量守恒方程和铜基电池量热法,提出了一种计算热失控气体燃烧对热失控传播贡献占比的方法。选取商用18650型电池,利用自主设计搭建的热失控气体释能测算实验平台获取... 详细信息

为量化锂离子电池热失控过程产生热失控气体对热失控传播的影响,基于能量守恒方程和铜基电池量热法,提出了一种计算热失控气体燃烧对热失控传播贡献占比的方法。选取商用18650型电池,利用自主设计搭建的热失控气体释能测算实验平台获取计算所需参数。实验结果表明:第1节电池热失控气体燃烧释放的能量在第2节电池热失控所需能量中占比达到5.42%,使第2节电池自产热增加了42%,热失控时间提前了29%。研究结果有助于进一步探索热失控传播过程中的能量传递效率,为单元层级和系统层级的电池安全设计提供理论支持。

关键词：锂离子电池气体热失控传播燃烧能量传递

考虑性能热衰减和热失控传播的大规模电池储能系统可靠性建模与评估

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中国电机工程学报 2023年第6期43卷 2202-2211页

作者：李思颖叶承晋丁一包铭磊尹逊虎高强浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 国网浙江省电力有限公司浙江省杭州市310007

功率、能量密度相对均衡的大规模电池储能在新型电力系统中具有广阔应用前景。然而,电池储能的可靠运行与工作环境温度强相关。一方面,异常温度加快电池容量衰减;另一方面,热失控现象极易导致系统严重故障,但现有关于电池储能系统可靠... 详细信息

功率、能量密度相对均衡的大规模电池储能在新型电力系统中具有广阔应用前景。然而,电池储能的可靠运行与工作环境温度强相关。一方面,异常温度加快电池容量衰减;另一方面,热失控现象极易导致系统严重故障,但现有关于电池储能系统可靠性的研究未有效考虑热效应及其传播的影响。针对此问题,该文提出计及性能热衰减和热失控传播的大规模电池储能系统可靠性分析方法。首先,构建考虑拓扑结构的电池储能系统模糊多状态模型,在故障数据相对缺乏的条件下科学描述电池正常、衰减、完全故障等性能水平和对应概率;结合电池循环寿命模型以及性能分布均值与温度的随变关系,量化不同环境温度下,电池在各时刻的性能衰减程度。然后,从电池组内热量传递角度,建立电池储能系统热失控传播模型,以预测不同电池达到热失控临界温度的时序。在此基础上,构建电池储能系统可靠性评估指标和流程。最后,结合测试系统验证所提模型和方法的有效性,说明单个电池高温下的性能突变对整个储能系统的性能有明显影响。

关键词：电池储能系统可靠性建模模糊集理论多状态系统热失控传播

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纳米纤维材料对锂电池热失控传播影响研究

消防科学与技术 2023年第10期42卷 1322-1327页

作者：张青松杨铠宾赵洋中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 民航热灾害防控与应急重点实验室天津300300

锂电池在运输以及使用过程中的磕碰、外短路等原因造成的热失控极易诱发周边电池升温,导致热失控蔓延。为控制锂电池热失控传播,本文使用纳米纤维材料对热量传播进行抑制,以瓦楞纸、陶瓷纤维和玻璃纤维作为间隔材料展开锂电池热失控试验... 详细信息

锂电池在运输以及使用过程中的磕碰、外短路等原因造成的热失控极易诱发周边电池升温,导致热失控蔓延。为控制锂电池热失控传播,本文使用纳米纤维材料对热量传播进行抑制,以瓦楞纸、陶瓷纤维和玻璃纤维作为间隔材料展开锂电池热失控试验,从隔热性和耐火性两方面对隔热材料进行评估。结果表明:虽然纳米纤维材料的保温性能会促使首节电池更快进入热失控状态,但由于其良好的隔热性能,锂电池热失控的传播可以被有效抑制。对首节电池燃爆过程中隔热材料的热流密度进行测算,发现陶瓷纤维纸的热通量峰值更低,纳米纤维材料的隔热性能要优于瓦楞纸。同时对3种材料耐火性进行试验,判定电池燃爆时材料的可靠性,发现瓦楞纸极易燃烧,而纳米纤维材料具有良好的热稳定性。结果证明了纳米材料作为锂电池运输间隔材料的可行性。

关键词：锂电池热失控传播纳米纤维材料燃爆温度