航空运输锂离子电池热失控多米诺效应研究
发布时间：2020-12-13 20:49
随着电池技术发展和锂离子电池的广泛使用,空运锂离子电池安全问题已经引发国内外民航组织的广泛关注。航空运输包装件内大量电池紧密排列,某一节电池热失控易引发相邻电池热失控,进而使整个包装件电池全部热失控。因此,研究锂离子电池热失控多米诺效应成为保证锂离子电池航空运输安全的关键因素。本文通过自主设计搭建的锂离子电池热失控平台对锂离子电池热失控多米诺效应开展研究,从锂电池热失控释放能量速率、总量以及传递效率角度出发,对不同温升速率、荷电状态和隔板厚度展开实验研究,观察锂电池模组热失控现象、分析锂离子电池热失控喷射火焰和扩展规律,热失控时间节点、表面温度、质量损失,同时对不同隔板厚度条件下热量传递效率进行了比较。结果表明,热失控电池温升速率对相邻电池热失控有较大影响,锂电池组热失控多米诺效应形成临界温升速率为29℃/min。电池初爆前的升温速率也不同,60℃/min的拟合值为10℃/min条件下的2.1-4.3倍。随着荷电状态的增加,锂电池模组热失控越来越容易形成多米诺效应,且随着热失控时间推移,锂电池模组释放总能量增加使得下一节电池更容易热失控,热失控扩展传播加快。在开放实验舱条件下,锂电池损...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂电池实物及拆解结构图
中国民航大学硕士学位论文12负极反应：arg66chexdischaregeCxLixeLiC（2-2）总化学反应公式为：arg261-2CoO6CLiCoOchexxdischaregeLiLiC（2-3）2.2锂离子电池热失控多米诺效应特征分析多米诺效应是指在一个相互关联的系统中，系统各部分之间发生的一系列连锁反应。多米诺效应应用于事故发展理论已经比较成熟，人们最熟知的多米诺效应模型就是海因里希提出的因果连锁论，它认为事故的发生不是一个孤立的事件，而是一系列事件以一定的顺序相继发生导致的。研究事故发生的多米诺效应一般需要结合其它的定量研究手段[49]。比如，化工企业原料储蓄区域火灾、爆炸事故多米诺效应通常采用事件树分析法、贝叶斯网络分析法等联用，通过定量计算分析确定火灾、爆炸触发多米诺效应的概率和临界距离[50]等。本课题组通过对锂离子电池模组开展热失控实验发现，当锂离子电池模组中的某一节电池发生热失控时，其产生并传递的热量足以引起相邻其他正常电池温度的异常升高，从而使其发生热失控，导致严重的燃烧爆炸事故。故罗星娜等[51]提出了锂离子电池热失控多米诺效应，锂离子电池热失控多米诺效应模型如图2-2所示。图2-2锂离子电池热失控的多米诺效应模型在图2-2中，每一节锂离子电池被视为一张多米诺骨牌，每张多米诺骨牌倒下视为对应该节锂离子电池发生了热失控，锂离子电池热失控传递过程被形象的类比为多米诺骨牌倒下过程。通过研究分析得知能否使下一张骨牌倒下或下一节锂离子电池发生热失控主要取决于2个因素：锂离子电池热失控释放能量E，锂离子电池间的能量传递效率η。为研究锂离子电池热失控多米诺效应中锂离子电池热失控释放能量以及电池间能
中国民航大学硕士学位论文13量传递效率，本文利用自主设计锂电池热失控实验平台并通过加热装置触发电池热失控开展研究。实验装置如图2-3所示。图中左侧A部分为程序升温仪、B部分为程序升温仪控制面板，通过设置不同的条件工步来控制加热棒按照实验设定升温速率对电池进行加热。右侧C部分为无纸记录仪，该设备将实验中采集的数据，以时间为基轴，将之前的数据记录在仪器内部的存储系统中，通过运算、模拟后将实验数据显示在液晶屏上，本文中主要采集表面温度信息。右侧D部分为实验舱主体，蓝色曲线代表K型热电偶，测温区间为0℃-1100℃，响应时间为0.1s。实验舱身材料为304号钢，由直径500mm、深度550mm的柱体和直径为500mm的半球体相结合，容积为100L。前部配有圆形舱门，舱门上有直径为20mm的防爆玻璃，罐体的厚度为60mm。舱内放置有高50mm的锂电池燃烧实验平台，材料为3mm厚的钢网，实验对象置于燃烧平台中间，用大理石板辅助固定。为更清楚的拍摄实验现象，实验时将舱门打开，在舱外放置一台SONY摄像机对锂电池热失控全过程进行记录。图2-3实验平台装置实验使用功率为150W、直径为18mm的加热棒模拟单节热失控锂电池。加热棒与程序升温仪连接，程序升温仪接收加热棒表面热电偶温度反馈后对加热棒实现精准控温，进而保证加热棒温升速率。考虑到加热棒与锂电池热阻及锂电池热失控最高温度，将加热棒最高温设置为500℃，通过改变加热棒达到最高温的时长来控制加热棒的温升速率，当程序升温仪加热升温步骤完成后加热棒开始降温。不同温升速率程序升温仪设置时间工步不同，李宇等[52]用5mm钢针对电池进行针刺试验，对针刺后所测电池温度图像分析得出，电池针刺后表面温度上升速率为1℃/s，故初始将加热棒温升速率设定为60℃
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于锂离子电池温降指数的细水雾添加剂筛选方法[J]. 张青松,罗星娜,程相静,白伟. 北京航空航天大学学报. 2020(06)
[2]低压环境对锂电池热失控释放温度影响[J]. 孙强,王海斌,谢松,贾井运,陈现涛. 中国安全生产科学技术. 2019(11)
[3]基于锂电池包针刺实验的热失控扩散时间预测[J]. 张景涵,曹冬冬,门靖宇,周荣. 电源技术. 2019(10)
[4]圆柱形高镍三元锂离子电池高温热失控实验研究[J]. 杜光超,郑莉莉,张志超,王栋,冯燕,戴作强. 储能科学与技术. 2020(01)
[5]锂离子电池电热触发热失控泄漏毒物研究[J]. 解洪嘉,孙杰,李吉刚,周添,卫寿平,伊志豪. 储能科学与技术. 2019(06)
[6]锂离子电池火灾危险性的研究现状分析[J]. 邢志祥,刘敏,吴洁,杨亚苹. 消防科学与技术. 2019(06)
[7]民航锂电池运输热灾害危险特性综述[J]. 贺元骅,郭君,王海斌. 民航学报. 2019(03)
[8]相变材料热管理下电池热失控传播过程数值分析[J]. 邹时波,李顶根,李卫,田瑞华. 工程热物理学报. 2019(05)
[9]圆柱型磷酸铁锂电池针刺热失控实验研究[J]. 李宇,杜建华,杨世治,张萌启,涂然,张认成,毕坤. 储能科学与技术. 2019(03)
[10]细水雾抑制18650型锂离子电池热失控实验研究[J]. 张青松,白伟,程相静,曹文杰. 火灾科学. 2018(03)
硕士论文
[1]锂离子电池热失控传播特性及阻断技术研究[D]. 胡棋威.中国舰船研究院 2015
本文编号：2915162
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂电池实物及拆解结构图
中国民航大学硕士学位论文12负极反应：arg66chexdischaregeCxLixeLiC（2-2）总化学反应公式为：arg261-2CoO6CLiCoOchexxdischaregeLiLiC（2-3）2.2锂离子电池热失控多米诺效应特征分析多米诺效应是指在一个相互关联的系统中，系统各部分之间发生的一系列连锁反应。多米诺效应应用于事故发展理论已经比较成熟，人们最熟知的多米诺效应模型就是海因里希提出的因果连锁论，它认为事故的发生不是一个孤立的事件，而是一系列事件以一定的顺序相继发生导致的。研究事故发生的多米诺效应一般需要结合其它的定量研究手段[49]。比如，化工企业原料储蓄区域火灾、爆炸事故多米诺效应通常采用事件树分析法、贝叶斯网络分析法等联用，通过定量计算分析确定火灾、爆炸触发多米诺效应的概率和临界距离[50]等。本课题组通过对锂离子电池模组开展热失控实验发现，当锂离子电池模组中的某一节电池发生热失控时，其产生并传递的热量足以引起相邻其他正常电池温度的异常升高，从而使其发生热失控，导致严重的燃烧爆炸事故。故罗星娜等[51]提出了锂离子电池热失控多米诺效应，锂离子电池热失控多米诺效应模型如图2-2所示。图2-2锂离子电池热失控的多米诺效应模型在图2-2中，每一节锂离子电池被视为一张多米诺骨牌，每张多米诺骨牌倒下视为对应该节锂离子电池发生了热失控，锂离子电池热失控传递过程被形象的类比为多米诺骨牌倒下过程。通过研究分析得知能否使下一张骨牌倒下或下一节锂离子电池发生热失控主要取决于2个因素：锂离子电池热失控释放能量E，锂离子电池间的能量传递效率η。为研究锂离子电池热失控多米诺效应中锂离子电池热失控释放能量以及电池间能
中国民航大学硕士学位论文13量传递效率，本文利用自主设计锂电池热失控实验平台并通过加热装置触发电池热失控开展研究。实验装置如图2-3所示。图中左侧A部分为程序升温仪、B部分为程序升温仪控制面板，通过设置不同的条件工步来控制加热棒按照实验设定升温速率对电池进行加热。右侧C部分为无纸记录仪，该设备将实验中采集的数据，以时间为基轴，将之前的数据记录在仪器内部的存储系统中，通过运算、模拟后将实验数据显示在液晶屏上，本文中主要采集表面温度信息。右侧D部分为实验舱主体，蓝色曲线代表K型热电偶，测温区间为0℃-1100℃，响应时间为0.1s。实验舱身材料为304号钢，由直径500mm、深度550mm的柱体和直径为500mm的半球体相结合，容积为100L。前部配有圆形舱门，舱门上有直径为20mm的防爆玻璃，罐体的厚度为60mm。舱内放置有高50mm的锂电池燃烧实验平台，材料为3mm厚的钢网，实验对象置于燃烧平台中间，用大理石板辅助固定。为更清楚的拍摄实验现象，实验时将舱门打开，在舱外放置一台SONY摄像机对锂电池热失控全过程进行记录。图2-3实验平台装置实验使用功率为150W、直径为18mm的加热棒模拟单节热失控锂电池。加热棒与程序升温仪连接，程序升温仪接收加热棒表面热电偶温度反馈后对加热棒实现精准控温，进而保证加热棒温升速率。考虑到加热棒与锂电池热阻及锂电池热失控最高温度，将加热棒最高温设置为500℃，通过改变加热棒达到最高温的时长来控制加热棒的温升速率，当程序升温仪加热升温步骤完成后加热棒开始降温。不同温升速率程序升温仪设置时间工步不同，李宇等[52]用5mm钢针对电池进行针刺试验，对针刺后所测电池温度图像分析得出，电池针刺后表面温度上升速率为1℃/s，故初始将加热棒温升速率设定为60℃
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于锂离子电池温降指数的细水雾添加剂筛选方法[J]. 张青松,罗星娜,程相静,白伟. 北京航空航天大学学报. 2020(06)
[2]低压环境对锂电池热失控释放温度影响[J]. 孙强,王海斌,谢松,贾井运,陈现涛. 中国安全生产科学技术. 2019(11)
[3]基于锂电池包针刺实验的热失控扩散时间预测[J]. 张景涵,曹冬冬,门靖宇,周荣. 电源技术. 2019(10)
[4]圆柱形高镍三元锂离子电池高温热失控实验研究[J]. 杜光超,郑莉莉,张志超,王栋,冯燕,戴作强. 储能科学与技术. 2020(01)
[5]锂离子电池电热触发热失控泄漏毒物研究[J]. 解洪嘉,孙杰,李吉刚,周添,卫寿平,伊志豪. 储能科学与技术. 2019(06)
[6]锂离子电池火灾危险性的研究现状分析[J]. 邢志祥,刘敏,吴洁,杨亚苹. 消防科学与技术. 2019(06)
[7]民航锂电池运输热灾害危险特性综述[J]. 贺元骅,郭君,王海斌. 民航学报. 2019(03)
[8]相变材料热管理下电池热失控传播过程数值分析[J]. 邹时波,李顶根,李卫,田瑞华. 工程热物理学报. 2019(05)
[9]圆柱型磷酸铁锂电池针刺热失控实验研究[J]. 李宇,杜建华,杨世治,张萌启,涂然,张认成,毕坤. 储能科学与技术. 2019(03)
[10]细水雾抑制18650型锂离子电池热失控实验研究[J]. 张青松,白伟,程相静,曹文杰. 火灾科学. 2018(03)
硕士论文
[1]锂离子电池热失控传播特性及阻断技术研究[D]. 胡棋威.中国舰船研究院 2015
本文编号：2915162
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2915162.html
