ag尊龙凯时中国官网

400-700-9998
购置
ag尊龙凯时中国官网 质料试验
质料试验
锂电池的火灾隐患展望-锥形量热仪测试
宣布时间：2024-08-27 浏览次数：23040 泉源：ag尊龙凯时中国官网

研究配景

        飞机上旅客电子装备中的锂电池以及货物运输中的锂电池保存火灾危险。危险包括单个电池失效爆发的热量，随后的自热（热失控）爆发的热量，以及电池中挥发性因素的燃烧或爆炸所释放的热量。已经有大宗研究涉及电池的热失控危险。特殊是，高能量密度锂电池的生长促使美国联邦航空治理局研究作为飞机货物运输的储能装备的潜在危险。Webster[1,2]撰写了一系列报告，纪录了运输设置中的锂电池热失控的效果。

        Mikolajczak等人[3]揭晓了综述文章总结了这些历程。一些海内外学者利用装备对热失控历程举行进一步研究，例如中国科学手艺大学使用锥形量热仪丈量了差别 SOC 下锂离子电池的燃烧热释放率。美国交通部赞助James G.等人揭晓的一篇名为"Fire Hazards of Lithium Batteries"的文章中，使用锥形量热仪的辐射能和热电容量热仪中的电阻加热，将州不可充电的锂金属（一次性）电池和可充的电锂离子（二次）电池加热至失效。

       研究中使用锥形量热仪对几种差别化学因素的电池在一定电荷（充电状态 [SOC]）和辐射热通量规模内的危险参数举行了丈量，包括电池失效时的质量损失，燃烧历程中的峰值热释放速率，挥发物燃烧释放的总热量，以及电池因素的燃烧比热。使用热容量热仪，可获得以热量形式释放的化学能和电池温度与SOC和加热速率的关系曲线。

        该篇研究的目的是更好地相识旅客电子装备中以及作为飞机货物运输的单个锂电化学电池的火灾危险 ？⒘艘炖凑闪康绯毓收鲜贝头诺娜饶芤约芭绯龅牡绯啬谖镏势鸹鸹虮ㄊ笔头诺娜忌杖攘。

实验部分

        实验使用的电池测试样品如表1所示，列出了电池可充电性子，电池尺寸，质量，制造商提供的标称电池电位，电池容量，以及贮存的电化学自由能。

ag尊龙凯时中国官网 - 人生就得搏!

表1. 本研究中测试使用的电池
        实验中使用到的装备：使用基于耗氧原理的锥形量热仪对单个电池举行测试，以丈量电池故障时燃烧释放的热量。在实验中，设定差别的锥形加热器辐射功率以将用州差别的速率加热电池，迫使电池热失效，电池失效挥发的可燃气体在加热器外貌空间内被点燃，如图1所示。图2为经由刷新的ASTM E1354样品盒，以在电池强烈故障时代容纳电池。实验历程中，电池被安排在其外貌距离锥形加加热器外貌的25.4mm的标准距离处，这样，纵然电池/电池组在约250℃的温度下失效后在样品盒周围迅速移动，从电池倾轧的大部分或所有气体都能被量热仪捕获。
        在测试中，将表1的样品电池袒露在锥形量热仪设置的10–75 kW/m2的辐射热通量下，对3.7 V、2600 mAh可充电锂离子电池，以及在额定容量(SOC)的各个部分举行了测试。
                                        ag尊龙凯时中国官网 - 人生就得搏!                                
                                                                                               图1 锥形量热仪火场模子                                                                                      

ag尊龙凯时中国官网 - 人生就得搏!

            图2刷新的电池燃烧量热测试样品盒

ag尊龙凯时中国官网 - 人生就得搏!

 图3锂离子电池在70% SOC下在锥形量热仪50kW/m2辐照度时数据
        纪录了电池中气体首次倾轧的时间和最终倾轧的时间（可能会泛起多次倾轧）。接纳反卷积算法来校正量热仪响应的热释放速率（HRR），图3显示了其中一个数据，数据为LiCoO2可充电电池70% SOC状态下袒露于50 kW/m2的辐照度下的数据。电池在89s时最先释放气体，在93s时抵达峰值，电池完全失效爆发在115s时，峰值热释放速率（HRR）爆发在120s时。丈量参数还包括测试时代的PHRR、电池气体首次倾轧的时间 (t1)、视察到失效时电池气体物倾轧的时间 (t2)、测试时代样品的总质量损失，以及基于丈量的质量损失(THR/?m) 和原始电池质量(THR/m0) 的有用燃烧热（HOC）。表2为18650电池部分测试效果。
ag尊龙凯时中国官网 - 人生就得搏!

表2 18650锂离子充电（二次）电池的锥形量热仪数据
        图4显示了表2中外部热通量为50 kW/m2时，电池A的电池因素与SOC的PHRR和有用HOC ？梢允硬斓絇HRR随着SOC枯燥增添，但喷出物质的HOC在相同规模内从约莫15 kJ/g降低到5 kJ/g。
ag尊龙凯时中国官网 - 人生就得搏!
图4 热辐射通量为50 kW/m2时电池A的HOC和PHRR与SOC的关系
ag尊龙凯时中国官网 - 人生就得搏!
图5锂离子电池A在50 kW/m2 辐射通量下CO2爆发量与CO爆发量之比与SOC的关系：每个点为4次测试的平均值
        图5显示了图4中绘制的相同锥形量热仪数据中CO2产量与CO产量的比率（即kg-COx/?m）。电池组件燃烧历程中CO2/CO质量比枯燥下降批注，在高SOC下喷出的过渡金属或卤素可能会抑制燃烧，火焰中CO氧化为CO2的镌汰证实晰这一点。图6更完整地展示了SOC对燃烧热量和质量损失的影响。相反，如图7所示，电池A的有用HOC在加热速率规模内增添。图中还显示了与HOC相关的热量和质量损失。
ag尊龙凯时中国官网 - 人生就得搏!

图6 锂离子18650电池A在外部热通量为50 kW/m2时的燃烧总热释放量(THR)、质量损失(?m)和有用HOC与SOC

 图7锂离子18650电池A的燃烧热释放总量 (THR)、质量损失 (?m) 和有用 HOC与外部热通量的关系


结论
通过以上锥形量热仪测试效果（以及此处未列出的热容量热仪测试效果）可得结论：
l 电池失效时以热量形式释放的化学能很快（≈2 s），并在高充电状态(SOC)下将电池温度绝热升高至 1000℃。
l 故障时的化学能释放从0% SOC时的约2 kJ/cell 增添到100% SOC时的40 kJ/cell，靠近化学自由能，? = 电压×电荷。
l 失效时喷出的电池内容物的燃烧一连约10s。
l 扩散火焰中电池内物质燃烧所释放的能量（燃烧能）通常大于电池内物质在故障时以热量形式释放的化学能（热能）。
l 由于燃烧不完全，燃烧热量（kJ）和电池内物质的燃烧比热（kJ/g）随SOC 降低。这种趋势是由于高SOC下非挥发性因素比例较高以及倾轧的电池内物质的燃烧受到抑制。
该文章为丈量电池故障的单独热危险和燃烧危险提供了一种要领，并为定量评估电池/电池火灾和爆炸危险涤讪了基础。
参考文献:
1.Webster, H., “Flammability Assessment of Bulk-Packed, Rechargeable Lithium-Ion Cells in Transport Category Aircraft,” DOT/FAA/AR-06/38, Office of Aviation Research and Development, September 2006.
2.Webster, H., “Fire Protection for the Shipment of Lithium Batteries in Aircraft Cargo Compartments,” DOT/FAA/AR-10/31, November 2010.
3.Mikolajczak, C., Kahn, M., White, K., and Long, R.T., “Lithium-Ion Batteries Hazard and Use Assessment,” The Fire Protection Research Foundation, July 2011.
ag尊龙凯时中国官网 - 人生就得搏!

 在研究历程中，研究团队使用了锥形量热仪对电池样品的燃烧特征举行了测试。FTT锥形量热仪接纳PCB手艺， ？榛杓，可扩展和适合未来应用，具有数据精准，稳固性强等优点。






为您推荐
【网站地图】【sitemap】
【网站地图】【sitemap】