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运用复杂热解模型的磷酸铁锂电池单体燃烧仿真研究

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安全与环境学报 2025年

作者：陈一洲陈霄杨琳洁昆明理工大学公共安全与应急管理学院中国建筑科学研究院有限公司建筑防火研究所安华数智(北京)有限公司

电池热失控造成的火灾爆炸事故频繁发生，其安全问题引发广泛关注。为研究磷酸铁锂电池热失控行为和气体产生规律，采用复杂热解模型和单步混合控制燃烧模型，基于前人磷酸铁锂电池单体的热滥用试验，使用FDS构建1:1几何模型，模拟电池... 详细信息

电池热失控造成的火灾爆炸事故频繁发生，其安全问题引发广泛关注。为研究磷酸铁锂电池热失控行为和气体产生规律，采用复杂热解模型和单步混合控制燃烧模型，基于前人磷酸铁锂电池单体的热滥用试验，使用FDS构建1:1几何模型，模拟电池单体发生热失控、泄压阀打开及热失控发生后的连锁反应，分析磷酸铁锂离子电池在热失控时的温度、气体变化规律。结果表明，与试验结果进行对比，模型可以准确模拟出电池单体燃烧时冒烟、起火、剧烈燃烧﹑熄灭的火情演变过程，仿真温度曲线揭示了电池热失控时燃烧速度快、火焰强度大、热量爆发集中的特点，验证了模型的可靠性。同时分析了各种气体释放速率、压力变化曲线等数据，研究成果可为磷酸铁锂电池热失控研究方法提供参考。

关键词：安全工程仿真模拟磷酸铁锂电池 FDS 热失控燃烧

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大容量磷酸铁锂电池热失控特性实验研究

重庆理工大学学报(自然科学) 2025年第2期39卷 220-226页

作者：袁树杰申来雨安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001

为研究大容量磷酸铁锂电池的热失控风险,以86 Ah储能用方形磷酸铁锂电池单体为对象,通过自主搭建的锂离子电池热失控实验平台,开展不同荷电状态(SOC)大容量锂离子电池的热失控特性实验研究。研究结果表明:SOC越大,电池热失控时的内部化... 详细信息

为研究大容量磷酸铁锂电池的热失控风险,以86 Ah储能用方形磷酸铁锂电池单体为对象,通过自主搭建的锂离子电池热失控实验平台,开展不同荷电状态(SOC)大容量锂离子电池的热失控特性实验研究。研究结果表明:SOC越大,电池热失控时的内部化学反应越活跃且热失控越剧烈,质量损失越多。电池从25%SOC增加到100%SOC,安全阀打开时间缩短了19%,热失控触发时间缩短了53.1%。锂离子电池的SOC与热失控时的温度成正比。电池电压快速下降时间均早于发生热失控时间,随着电池SOC的增加,电压波动减小,电池电压快速下降时刻提前,有利于利用电压变化对热失控进行预警。

关键词：磷酸铁锂电池热失控热滥用荷电状态

基于磷酸铁锂电池的大型储能电站系统设计与能效分析

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中国科技期刊数据库工业A 2025年第1期 018-021页

作者：朱翔云南新景电业有限公司云南玉溪653407

磷酸铁锂电池因其高安全性、长寿命、高效率及环保特性,在储能领域得到了广泛应用。随着可再生能源发电规模的不断扩大,大型储能电站成为实现电力调峰调频、稳定电网运行以及提高能源利用效率的关键技术。针对磷酸铁锂电池的电化学特性... 详细信息

磷酸铁锂电池因其高安全性、长寿命、高效率及环保特性,在储能领域得到了广泛应用。随着可再生能源发电规模的不断扩大,大型储能电站成为实现电力调峰调频、稳定电网运行以及提高能源利用效率的关键技术。针对磷酸铁锂电池的电化学特性,优化其在储能电站中的系统设计,能够显著提升储能系统的能量效率、可靠性及经济性。本文主要研究基于磷酸铁锂电池的大型储能电站系统设计及能效分析,以期推动储能技术发展与能源结构优化。

关键词：磷酸铁锂电池大型储能电站电池模组能源管理

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正极补锂剂LFO对磷酸铁锂电池的性能影响

广州化工 2025年第2期53卷 63-67页

作者：张明明申日星张衡华唐山学院新材料与化学工程学院河北唐山063000 天津力神电池股份有限公司天津300380

在正极中加入少量(3%)富锂铁酸锂(Li_(5)FeO_(4),LFO)补锂剂,制备了一款补锂的大容量磷酸铁锂电池。补锂剂克容量约为680 mAh/g,有效地补充了首次充电的锂损失。对补锂前后极片的形貌,电池的内阻、低温放电、倍率充放电和循环性能进行... 详细信息

在正极中加入少量(3%)富锂铁酸锂(Li_(5)FeO_(4),LFO)补锂剂,制备了一款补锂的大容量磷酸铁锂电池。补锂剂克容量约为680 mAh/g,有效地补充了首次充电的锂损失。对补锂前后极片的形貌,电池的内阻、低温放电、倍率充放电和循环性能进行了对比测试。结果表明补锂前后的极片形貌几乎无差别,补锂剂提供的富裕的锂离子显著降低了电荷转移阻抗,电池直流内阻下降,使得电池的低温放电和倍率充放电性能明显改善。补锂剂对电池循环性能的改善尤为显著,未补锂电池循环1224次,剩余容量是初始容量的94.68%;补锂后电池循环1224次后,仍有初始容量的100.28%,且容量下降的趋势也更为平缓。

关键词：正极补锂 LFO 磷酸铁锂电池

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电动汽车用磷酸铁锂电池脉冲加热性能研究

时代汽车 2025年第2期 133-135页

作者：罗宝权黄擎王威北京理工大学北京100081 深蓝汽车科技有限公司重庆401120

低温环境下磷酸铁锂电池性能下降,导致电动汽车充电时间延长、动力性衰减,严重影响用户体验。基于脉冲加热的电池自加热技术能够有效改善低温环境下电池性能,并具有加热速度快、温差小的优势,因而受到广泛的关注。本文通过脉冲加热性能... 详细信息

低温环境下磷酸铁锂电池性能下降,导致电动汽车充电时间延长、动力性衰减,严重影响用户体验。基于脉冲加热的电池自加热技术能够有效改善低温环境下电池性能,并具有加热速度快、温差小的优势,因而受到广泛的关注。本文通过脉冲加热性能专项试验,研究了磷酸铁锂电池在不同起始荷电状态(SOC)、初始温度、截止温度、电量等条件下的温升效果,明确了环境温度、电池状态与温升速率之间的关系,解决了电池、电驱关键参数及状态同脉冲加热效果之间关系不明的问题。本研究为电动汽车在低温环境下的电池热管理提供了有效的技术路线,具有重要的工程应用前景。

关键词：电动汽车磷酸铁锂电池脉冲加热低温性能

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磷酸铁锂电池不同应用场景的生命周期评价

中国环境科学 2022年第4期42卷 1975-1984页

作者：贾志杰高峰杜世伟孙博学北京工业大学材料与制造学部工业大数据应用技术国家工程实验室北京100124

为评估磷酸铁锂(LFP)电池梯次应用的生命周期环境影响,设定直接应用和梯次应用2个应用场景,采用生命周期评价(LCA)方法,对应用场景生命周期各阶段的环境影响及其贡献进行分析.功能单位设定为应用总容量1GWh的LFP电池作为通讯基站(CBS)... 详细信息

为评估磷酸铁锂(LFP)电池梯次应用的生命周期环境影响,设定直接应用和梯次应用2个应用场景,采用生命周期评价(LCA)方法,对应用场景生命周期各阶段的环境影响及其贡献进行分析.功能单位设定为应用总容量1GWh的LFP电池作为通讯基站(CBS)储能电池,循环寿命为800次.结果表明,2个应用场景的环境影响热点均为储能应用阶段,分别占总环境影响的58.25%和64.03%;生产制造阶段的环境影响也较为显著,分别占41.58%和27.36%;回收再生阶段分别贡献了0.18%和0.14%的环境负荷,锂资源回收所产生的环境效益被回收工艺过程额外消耗的资源和能源所产生的环境负荷抵消.2个应用场景的环境影响比较结果显示,相对于直接应用场景,梯次应用场景可降低9.03%的总环境影响,具有一定的环境优势.对2个场景的资源消耗、能源消耗和温室气体排放3类指标的贡献结构进行分析,结果显示,生产制造阶段和储能应用阶段对这3类指标的贡献比例较为显著.

关键词：磷酸铁锂电池直接应用场景梯次应用场景通讯基站储能生命周期评价

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磷酸铁锂电池恒流模式电化学阻抗特性实验

科学通报 2018年第13期63卷 1245-1252页

作者：王志明耿萌萌徐超叶锋高飞杨凯范茂松华北电力大学能源动力与机械工程学院电站设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206 中国电力科学研究院有限公司北京100192 中国科学院过程工程研究所北京100190

电池的欧姆阻抗(R_s)、电荷传递阻抗(R_(ct))和离子扩散阻抗(Z_w)等信息是判断储能电池功能状态的有效方法之一,这些信息可以通过恒流模式电化学阻抗谱(GEIS)来实现,因为GEIS更接近电池真实状态.本文采用恒流模式电化学阻抗(GEIS)方法... 详细信息

电池的欧姆阻抗(R_s)、电荷传递阻抗(R_(ct))和离子扩散阻抗(Z_w)等信息是判断储能电池功能状态的有效方法之一,这些信息可以通过恒流模式电化学阻抗谱(GEIS)来实现,因为GEIS更接近电池真实状态.本文采用恒流模式电化学阻抗(GEIS)方法研究了1700 mA h磷酸铁锂(LiFePO_4)电池在不同温度下扰动信号正弦电流幅值的变化,以及在不同荷电状态(SOC)和不同温度下电池阻抗特性变化规律.实验结果表明,正弦电流最佳幅值随着温度升高而增大,而SOC与温度对电池的性能都有影响.相同温度下,Rs随着SOC增加稍有增加;Zw随着SOC增大而减小;Rct在0~40%SOC和60%~100%SOC区间内明显减少,在40%~60%SOC区间内呈增大趋势.在0~50℃下,R_s,R_(ct)和Z_w均随着温度升高而降低.电池阻抗特性受温度的影响比SOC影响更加显著.因此,电池在不同SOC和温度下阻抗特性能有效地反映电池内部极化状态,从而可预测储能电池的功能状态.

关键词：磷酸铁锂电池恒流模式电化学阻抗荷电状态储能

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磷酸铁锂电池梯次利用健康特征参数提取方法

电工技术学报 2018年第1期33卷 9-16页

作者：李晓宇徐佳宁胡泽徽宋凯朱春波哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院

动力电池梯次利用技术是电动汽车发展后时代的关键技术。以磷酸铁锂动力电池为研究对象,首先以伪二维电化学反应机理模型为基础,仿真分析不同充放电倍率和工况实验环境下电池端电压过电势组分情况,得出在低倍率恒流充放电以及脉冲工况... 详细信息

动力电池梯次利用技术是电动汽车发展后时代的关键技术。以磷酸铁锂动力电池为研究对象,首先以伪二维电化学反应机理模型为基础,仿真分析不同充放电倍率和工况实验环境下电池端电压过电势组分情况,得出在低倍率恒流充放电以及脉冲工况放电过程中,电池的过电势均值近似恒定。以此现象为基础,设计了电池健康状态特性参数提取方法。首先,基于非线性最小二乘法实现了低倍率恒电流充放电的电池容量相关参数的提取;然后,将该方法与已有的电池开路电压、阻抗参数提取方法结合,实现了在低平均倍率、脉冲工况下的电池容量特征和内阻特征参数的提取;最后,通过实验验证了该方法的有效性。该方法可为磷酸铁锂电池的健康评价、梯次利用再分类与再成组提供依据。

关键词：磷酸铁锂电池电化学模型端电压成分分析非线性最小二乘法

磷酸铁锂电池在储能预制舱中的火灾模拟及其消防应急技术仿真研究

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高电压技术 2023年第12期49卷 5187-5195页

作者：禹进郭川钰张伟阔刘念蒋旭辉罗樟重庆交通大学航空学院重庆400074 绿色航空能源动力重庆市重点实验室重庆401120 华电电力科学研究院有限公司北京100031 中国电建集团重庆工程有限公司重庆400060

储能电站火灾事故频发,其消防安全问题日益突出,急需对其开展深入研究。为了建立可靠的电池热失控模型,首先提出了改良二分法来修正热释放速率,从而保证了锂电池及其在预制舱中模拟的精确性。然后基于实际储能电池柜和预制舱尺寸建立1:... 详细信息

储能电站火灾事故频发,其消防安全问题日益突出,急需对其开展深入研究。为了建立可靠的电池热失控模型,首先提出了改良二分法来修正热释放速率,从而保证了锂电池及其在预制舱中模拟的精确性。然后基于实际储能电池柜和预制舱尺寸建立1:1几何模型,开展了火灾事故模拟,发现了火灾事故中初始升温、火焰生成和火焰蔓延3个阶段及其特征参数变化。最后开展了储能预制舱中火灾事故的消防应急技术研究,分析了不同预警方案的响应快慢,并对预制舱细水雾消防喷淋系统的设计优化进行了研究。结果表明,红外光束线型感烟探测器能最快速地对火灾进行预警反应,而预制舱细水雾消防系统存在多个最优方案。研究成果既可为锂电池热失控的数值模拟提供合理方法及理论指导,也能为未来储能电站的安全设计及防护提供理论数据支撑。

关键词：磷酸铁锂电池热失控储能电站预制舱消防应急技术热蔓延