新能源汽车锂电池热失控参数的提取及验证研究

介绍了新能源汽车锂电池热失控的背景、发展过程及热失控的早期气体参数特征,分析了加热和过充条件下的锂电池热失控气体成分组成,对试验提取的关键主导特征参数进行了验证。     

关于汽车库防火设计

根据汽车库设计防火规范,分析了汽车库安全疏散、火灾自动报警、防排烟及泡沫喷淋灭火系统设计中常见问题,指出了在汽车库防火设计中应当思考和注意之处。     

地下机械式汽车库火灾数值模拟

介绍了地下机械式汽车库的火灾荷载及其可能的最大热释放速率,利用CFD方法对设计的火灾场景进行数值模拟,得到了各工况下汽车库内温度场分布。通过对数值模拟结果的分析,对地下机械式汽车库自动喷水灭火系统的设置、排烟系统设置以及车库结构防火保护提出了一些建议。     

复式机械汽车库消防设计

结合已设计的复式机械汽车库(升降横移类),对复式机械汽车库内部消防措施进行分析,提出复式机械汽车库消防设计的思路及应注意的问题。     

不同压力细水雾抑制三元锂离子电池热失控效果试验研究

为探究瓶组式细水雾灭火装置在存储和使用过程中的压力变化对150 Ah大容量三元锂离子电池热失控抑制效果的影响,搭建了锂离子电池燃烧抑制试验平台,开展了锂离子电池热失控抑制试验。结果表明：试验条件下,细水雾压力越大抑制热失控所需时间越短;1.2 MPa细水雾扑灭锂离子电池明火后存在复燃现象;在成功扑灭锂离子电池热失控明火的条件下,10 MPa细水雾耗水量最少;压力衰减会降低瓶组式细水雾的灭火效果。试验可以为细水雾灭火装置抑制大容量三元锂离子电池热失控的系统选型和运行维护提供参考。     

基于实体试验的磷酸铁锂电池火灾危险性分析

为研究动力锂离子电池的火灾危险性,以大容量磷酸铁锂电池为研究对象,开展了电池单体的燃烧试验及电池模组的量热试验,获得温度变化曲线和热释放速率曲线。试验结果表明:在外部加热的条件下,电池表面温度在150℃以上磷酸铁锂电池有发生热失控的风险;额定电压12.8 V、额定容量200 Ah的磷酸铁锂电池模组发生热失控,电池模组所释放的总热值约为366 MJ,最大热释放速率约为240 k W。此试验方法可用于量化分析不同材料动力电池的燃烧特性电池;     

水基型火探管式灭火技术扑救锂离子电池火灾有效性研究

为了能够在早期快速扑灭锂离子电池火灾,基于火探管材料,选择水作为灭火剂,自行制作了小型的水基型火探管式灭火系统,研究火探管材料扑救锂离子电池火灾的有效性,开展了不同用水量及驱动压力下的锂离子电池火灾抑制试验。结果表明：火探管材料可以在电池热失控触发后迅速响应,释放灭火剂,抑制电池热失控产气燃烧并对电池快速降温;该系统的冷却降温能力与用水量呈正相关,随着用水量增加,电池的表面最高温度与高温持续时间大大降低。当用水量为100 mL时,0.5MPa的压力不能保证系统及时响应,热失控后的电池出现明火;驱动压力逐渐增加时,系统释放的液滴出现明显的溅射现象,这对系统的冷却降温效能带来了负面影响,当驱动压力为1MPa时,系统的冷却降温性能最佳。对于电池模组热失控引发的火灾,火探管材料可以快速响应,释放灭火剂扑灭初期电池火灾,并阻止电池模组热失控传播。     

三元锂离子电池直径和荷电状态对热失控传播影响研究

随着我国新能源汽车的不断发展,锂离子电池作为新能源电动汽车最重要的储能设备,由于其能量密度高的特点,存在着燃烧迅速、爆炸并触发相邻电池热失控传递的热安全危险,制约着更规模化的应用和推广,严重威胁着人员的生命财产安全。电池的热失控主要与其电池形状、荷电状态、连接方式等有关。而在不同荷电状态和不同直径的耦合条件下的电池热失控研究是提高锂电池安全性能的研究重点。为了探究锂离子电池热失控传播过程的主要影响机制,采用不同直径（10440型、14500型、18650型、21700型、26650型和32650型）和不同荷电状态（50%、70%、100%）的三元锂离子电池为研究对象,考察其在一维线性排列方式下的热失控传播时间及热失控空间传播速率变化特征,进而深入分析电池直径和荷电状态对热失控传播时间及热失控空间传播速率的影响机制。采用实验数据、传热学理论以及无量纲分析相结合的方法建立了阻断电池热失控传播链的计算模型,进而预判电池间的热失控传播时间,结合无量纲分析得到了不同荷电状态（50%、70%、100%）电池热失控传播时间与电池直径（10,14,18,21,26,32 mm）的特征关系,提出了一维排列方式锂离子电池热失控传播时间的预测模型。实验研究结果表明：当电池荷电状态（SOC）一定时,电池直径越大,总热阻随之增高,进而导致热失控传播时间增大和空间热失控传播速率减小。在总电能相同的条件下,锂离子电池的荷电量越大,产热量也随之越大。电池直径对电池热失控传播过程的影响主要取决于电池传热过程中热阻的变化,采用集总模型理论、傅里叶理论和界面连续性条件,建立整个锂离子电池模组的热阻公式,并通过公式推导出锂离子电池荷电状态与电池产热量之间的关系。研究结果表明：当电池直径一定时,模组内电池热失控过程的总产热量随着电池荷电状态的增大而增大;在高温环境下,电池之间的热失控传播速率也将随之大幅提升。本文通过在锂离子电池的热失控传播时间段设计阻断传播链的计算模型,进而预判电池间的热失控传播时间,结合无量纲分析系数拟合得出电池荷电状态在50%、70%和100%时,单体电池间的平均无量纲热失控传播时间与电池宽高比、电池荷电状态之间的关系,提出了模组内相邻单体电池间热失控传播时间预测模型。     

地下汽车库防火设计常见问题分析

通过分析地下汽车库的特点,说明了地下汽车库防火设计的重要性,并结合实际情况,对地下汽车库防火分区的划分、人员安全出口的设置、补风系统的设置、火灾探测器选择等常见问题进行了论述,探讨了有效的解决措施,以确保地下汽车库的安全性。     

CO2惰化式锂离子电池储能集装箱研究

锂离子电池作为储能载体之一,为新能源并网、电网调峰与调频提供了重要支持。锂离子电池储能技术发展的同时,安全问题不能忽视。通过分析锂离子电池储能集装箱爆炸事故原因可知：锂离子电池热失控释放出的可燃烟气是爆炸的主要成因。根据燃烧三要素原理,设计了CO₂气体保护式磷酸铁锂电池热失控阻燃对比试验。根据试验结果,初步规划设计了CO₂惰化式锂离子电池储能集装箱,以期为锂离子电池储能电站的安全设计提供技术支撑。     

常压及巡航低压环境下锂电池热失控特性

针对锂电池在民用航空器飞行中事故频发的危险状况,研究锂电池在民用航空器巡航阶段低压环境下热失控火灾温度特性。选取常压(101 kPa)和巡航低压(20 kPa)环境,在全尺寸实验舱内开展多节18650型锂离子电池热失控实验,分析温度变化及燃烧过程。对比得出,低压会严重影响锂电池热失控火灾环境温度特征;常压环境下多节锂电池热失控火灾伴有燃烧燃爆剧烈火行为现象;巡航低压下几乎无燃烧爆炸等剧烈火行为产生,火灾高温危险性相对较小。     

三元锂离子电池低氧环境热失控特性研究

研究了NCM811三元软包锂离子电池在封闭空间中氧气体积分数为21%和10.64%环境下的热失控特性。实体实验结果表明,氧气体积分数为21%下电池热失控时,先喷射连续火焰再喷射火星,而氧气体积分数为10.64%低氧环境下电池热失控时,电池始终喷射火星,火星未形成连续火焰。电池热失控时喷射的火星在低氧环境中能够短暂燃烧,但火星不能形成连续火焰,表明NCM811三元锂离子电池热失控是一个释氧过程,但电池释放的氧气不足以维持火星的连续燃烧。     

锰酸锂电池热失控特性研究

以方形锰酸锂电池为研究对象,利用ARC绝热量热仪研究电池热失控温度,通过跟踪搜索获得锰酸锂电池热失控温度为211.16℃。通过加热和过充不同触发方式诱发电池热失控。在加热触发热失控时,电池热失控后仅会多次喷射白色烟雾,无明火,电池表面最高温度411.5℃;在过充触发热失控时,电池本体鼓胀程度明显,爆喷后立即喷射剧烈火焰,持续一定时间后达到稳定燃烧,最后明火燃烧减弱直至熄灭,电池表面最高温度155.7℃。实验过程中采集电池正负极极耳及表面的温度,电池极耳及表面的温度大于80℃,温升速率大于1℃/s且持续3 s以上时,证明电池已发生了热失控,可以以上述参量作为电池热失控的判定依据。     

巷道式钢砼结构机械停车库防火设计问题分析

从防火分区、安全疏散、通风和排烟、消防给水、自动喷水灭火系统、火灾自动报警系统等方面分析我国现行防火规范如<汽车库建筑设计规范>、<汽车库、修车库、停车场设计防火规范>等在应用于巷道式钢砼结构机械停车库的防火设计时存在的问题,并制定出适用于对此类车库的防火设计策略.     

受限空间内锂电池火灾扑救的试验研究

锂电池热失控引发的火灾扑救工作具有一定的挑战性,在灭火救援工作中会经常遇到,为安全、高效扑救锂电池火灾,笔者立足于受限空间内锂电池热失控引发火灾的系列实体试验,对锂电池热失控产生的火灾烟气及温度、不同类型灭火剂对起火锂电池组降温效果等开展研究,并根据试验测量数据和试验现象,对灭火救援过程中重点关注的爆炸、中毒、灭火及车辆转移等问题进行探讨,给出了对应的处置措施建议,为安全、专业地开展受限空间内锂电池火灾扑救工作提供理论与实践支撑.     

高层建筑地下车库防火设计分析与建议

随着社会经济的发展和人民生活的日益富足,居民购买家用汽车数量快速增长。在居民住宅开发建设中,为了满足停车数量的要求,一些规模较大的社区、高层建筑聚集地区,出现很多大型地下车库。笔者结合大型地下汽车库火灾危险性和特点,通过对《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（以下简称《规范》）的理解与适用,谈谈个人对高层建筑中地下车库防火设计的几点建议,供同行参考。大型地下汽车库火灾危险性及特点1．汽车用汽油或柴油作燃料,特别是汽油闪点低,易燃易爆,如果一旦汽车漏油或线路短路,极易发生火灾爆炸事故。2．大型地下汽车库一般上方都为高层住宅或大型公共建筑,发生火灾后,由于地上与地下共同拥有相通的楼梯间、管道井、电梯井等,烟火通过开121部位对上方建筑造成很大威胁。同时,由于汽车库火灾荷载大,长时间燃烧很有可能造成上方高层住宅或公共建筑的倒塌。     

细水雾灭火系统在小型汽车库火灾中的灭火效能试验研究

摘 要：针对小型汽车库的火灾防控,建立了5.95 m×7.6 m×3.6 m全尺寸汽车库火灾试验平台,研究了高压细水雾灭火系统单个喷头在不同系统工作压力（6,8,10 MPa）下的洒水分布性能,分析确定了小型汽车库细水雾灭火系统设计参数及喷头布置位置;并采用细水雾灭火系统对汽车库内汽车后座火灾开展了灭火试验研究。结果表明：采用高压细水雾灭火系统能有效抑制小型汽车库内汽车火灾发展,并可很好地保护汽车库的围护结构及相邻汽车。本文研究确定小型汽车库的高压细水雾灭火系统采用闭式系统,系统工作压力为10 MPa,设计喷雾强度不小于2.0 L/（min·m2）,流量系数取K=3.0等设计参数以及喷头的布置位置,可使灭火系统达到较好的灭火、控火效果。     

地下汽车库通风排烟设计

结合设计经验,针对<汽车库、修车库、停车场防火设计规范>和<汽车库建筑设计规范>中通风排烟方面的几个问题,提出了笔者的理解和工程中常用的解决方法.     

热过载锂电池失控特性及其早期探测模式研究

为提高消防部门应对锂电池火灾时的灭火救援能力,开展了热过载条件下三元锂、锰酸锂及磷酸铁锂电池的热失控试验,发现三元锂及锰酸锂电池的热失控特性较为类似,依次经历了"变形—冒烟—火星四溅—着火"四个阶段,而磷酸铁锂电池仅冒出大量白烟,未发生燃烧;对锂电池热失控逸出的气体进行了分析,发现锂电池特别是磷酸铁锂电池热失控会产生大量CO、H_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、PF_5等有毒有害烟气,消防部队在扑救此类火灾时,必须引起高度警惕。在此基础上,探讨了锂电池火灾的早期探测报警模式,提出了气体探测作为锂电池火灾探测主要指标的较优方案。     

电动汽车整车燃烧试验平台

针对电动汽车整车火灾危险性研究问题,搭建电动汽车整车燃烧试验平台。介绍试验平台架构以及对车辆温度、烟气、蔓延途径的监测手段,并提出了燃烧试验的方法,包括电气故障试验、电池热失控引发的火灾试验以及外火引燃试验等。应用试验平台开展整车燃烧试验,为电动汽车整车火灾危险性分析以及应急救援提供试验方法和数据积累。