关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   热失控   安全技术  

摘要： 电动船舶领域电池系统发生热失控会造成巨大灾难,研究热失控过程能为锂离子电池安全技术提供理论依据。本文通过对磷酸铁锂电池组过充热失控过程中电压和温度的监测,研究了热失控不同阶段电芯材料相应的物理化学变化。最后提出了相应的安全防护措施,为锂离子电池组安全设计提供了思路。

关键词： 电动汽车   磷酸铁锂电池   过充   热失控   火灾蔓延   热释放速率  

摘要： 过充是导致电动汽车着火的重要诱因之一。本文采用过充的方式对磷酸铁锂电池电动汽车开展实体火灾试验,测量了电池包内部、汽车底盘、汽车表面、车厢内部和四周的温度及汽车周围的辐射热流密度等数据,并采用耗氧原理测量了试验过程中的火灾热释放速率。结果表明,磷酸铁锂电池电动汽车因过充导致热失控、继而引燃整车的火灾发展规律表现为:电池包热失控产生可燃气体在底盘下方聚集并着火,火焰迅速引燃底盘周围的可燃物和汽车轮胎,火势随即导致车窗玻璃相继破裂,引燃车厢内饰及座椅,随后整车发生剧烈燃烧。试验车辆着火后的火灾增长速率介于中速火和快速火之间,火灾热释放速率的峰值达到约5.5 MW。距车辆外边缘0.5 m和1.0 m处的最大辐射热流密度峰值分别达到50~60 kW/m^(2)和20~22 kW/m^(2),可引燃周围停靠的车辆。

关键词： 储能集装箱   磷酸铁锂电池   细水雾   气体灭火   数值模拟  

摘要： 为评估集装箱式锂电池储能系统消防设施的有效性,基于某光伏项目配套储能集装箱设计参数,构建了无消防设施(对照组)、水喷淋灭火、七氟丙烷气体灭火及气体-水喷淋联合灭火4种实验场景。通过利用Pyrosim软件对磷酸铁锂电池热失控引发火灾的情形进行建模和仿真,分析了火灾过程中储能集装箱封闭环境内烟气量、能见度、温度等的变化规律。研究结果表明,水喷淋系统在降低火源温度和抑制火势蔓延方面表现出色,但可能会导致较高的CO浓度;七氟丙烷气体灭火系统能够迅速扑灭火灾,并显著改善能见度和温度控制;气体-水喷淋联合灭火综合了两者的优点,展现出最佳的总体灭火效果;然而,机械排烟在火灾控制中效果有限,反而可能加剧火势和烟气扩散,因而通过关闭排风通风来确保灭火效果,将储能集装箱设置为封闭式燃烧环境是合理有效的。本研究为电化学储能电站的安全消防设计提供了理论依据和数据支持,有助于提升储能系统消防装置的应用性能。

关键词： LiFePO_(4)   电解液   VC含量  

摘要： 为探究磷酸铁锂电池电解液中VC含量对其低温性能的影响,制备不同VC含量的磷酸铁锂电池电解液(电解液VC含量占比3.0%、3.2%、3.5%、3.8%),并使用LiFePO_(4)作为正极活性材料,人造石墨为负极活性材料制备磷酸铁锂电池。通过电化学性能测试,对比不同VC含量的低温放电容量、能量保持率、DCR以及循环性能。结果表明:磷酸铁锂电池电解液中VC含量为3.5%时,相比于3.0%、3.2%以及3.8%的VC含量能够有效提升电池在极端低温环境(-30℃)下的放电性能,同时DCR相对最低,仅为0.76 mΩ,并且300周循环测试,循环保持率可以达到97.5%。本研究通过调控磷酸铁锂电池电解液中VC的含量,探究其对电池低温电性能的影响,对开发宽温域磷酸铁锂电池具有指导意义。

关键词： 编程方法   废水零排   磷酸铁锂  

摘要： 主要阐述了常规编程方法和架构在磷酸铁锂废水零排放行业面临的局限性和不匹配性,并提出了一种可供工艺人员深度参与编程的优化编程方法和一个适合该行业工艺和机械维护特点的新架构。

关键词： 安全工程   仿真模拟   磷酸铁锂电池   FDS   热失控   燃烧  

摘要： 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： 磷酸铁锂电池   超声检测   热失控   状态监测   早期预警  

摘要： 磷酸铁锂电池热失控是当前大规模电化学储能系统安全运行面临的主要挑战之一。该文提出了一种用于热失控过程中方形铝壳磷酸铁锂电池内部状态监测的原位超声透射方法，并结合温度、电压、电流、表面形变等多参数检测技术，构建了电池热失控内-外参量综合测试系统。研究了电池在不同工况下内外参量变化特性，讨论了超声信号对电池内部演变的响应机制，实现了不同工况下电池内部状态的精确监测。结果表明，超声信号强度(Urms)和超声飞行时间（time of flight,TOF）能够有效表征电池内部状态的变化，其中Urms对电池温度和荷电状态（state-of-charge,SOC）的变化更为敏感。电池过充会显著增强超声信号衰减效果，且信号被噪声淹没的时间节点远早于防爆阀开启时间，表明超声信号可作为电池过充热失控的早期预警指标。在此基础上，提出了基于改进马田系统的电池过充热失控预警算法，提前30 min预测电池防爆阀的开启。该研究工作对于深入认识储能电池热失控的时空发展特性，提升热失控的早期预警技术具有重要意义。

关键词： 磷酸铁锂电池组系统   电池组系统   并联   环流   浮充  

摘要： 本文研究了浮充（一种维持电池容量的低压持续充电模式）工况下，不同SOC的磷酸铁锂电池组系统并联时的环流情况，以及并联充放电时电池组系统的性能和并联各支路的偏流情况。实验结果表明，SOC差异对环流峰值的影响有限，环流峰值的大小由并联各支路的电压差异决定；并联充放电过程中，并联两支路之间会根据电压情况不断调整电流以达到电压平衡；并联电池组系统的放电容量等于各支路电池组系统单独放电时的容量之和；并联时各支路电池组系统均能够实现满充满放。

关键词： 储能电站   磷酸铁锂电池   热失控   火蔓延  

摘要： 储能电站中存在着垂直分布的电池排列结构，下层电池热失控产气在引燃后，火焰会诱发上层电池发生火蔓延。为了探究储能电池火蔓延特性及触发过程的能量传递机制，本文以100Ah磷酸铁锂电池为研究对象，通过设计3组双层电池模组火蔓延实验（双层电池数量各为1节、2节和3节），加热触发底部电池开阀后主动引燃热失控气体，记录实验现象和电池温度变化，分析电池温升速率和温升阶梯。进而定量研究在触发顶部电池火蔓延的过程中，底部各节电池的累计传递能量，最后解耦不同路径传热量。研究结果表明：底部3节电池可以触发顶部电池同时发生热失控，顶部电池最大温升比底部电池高115.9℃（22.1%），最大温升速率高6.5℃·s-1（86.7%）；顶部电池热失控前存在三段温升阶梯，在火焰射流阶段的平均温升速率约为火焰烘烤阶段的2倍；在火蔓延触发过程中，底部三节电池累计传递至顶部电池的能量分别为249.1kJ、334.3kJ和379.7kJ，其中通过底面传热占比47.5%，通过侧面传热占比52.5%。本研究为储能电池系统安全设计和火蔓延抑制提供重要指导意义和科学价值。

关键词： 锂离子电池   长期存储   容量衰减   失效机制   活性锂  

摘要： 锂离子电池在实际应用时存在长期存储可能性，长期存储后电池性能会发生衰退。为探究存储条件对电池性能衰退及失效机理的影响，以20Ah磷酸铁锂软包电池为对象，研究了不同温度、荷电态存储条件下电池性能衰退变化规律，并通过正、负极片测试表征进行失效机理分析。研究结果表明，随着存储时间延长，电池容量持续衰减，直流内阻持续增长。高温、高SOC存储，电池容量衰减明显加快。高温存储，直流内阻增长加快，电池功率输出能力下降。单片电池测试结果显示，存储过程中的容量衰减主要原因是活性锂的不可逆消耗。采用SEM、XRD、XPS方法，对存储前后的极片进行了分析表征，包含了表面形貌、晶体结构及表面组分。SEM和XPS测试结果显示，长期存储后负极片表面有一层沉积物，来源于SEI膜的修复重整。SEI膜的修复消耗了活性锂，导致了容量衰减。负极XPS图谱上还检测出了大量单质铁的存在，说明存储期间正极磷酸铁锂发生了铁溶出反应，充电时铁离子沉积到负极片表面被还原成单质铁，铁杂质会破坏负极表面SEI膜，加速活性锂的消耗。