受限空间锂离子电池燃爆特性研究

来源 :中国民用航空飞行学院 | 被引量 : 8次 | 上传用户:yuanshangsen
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本文得到国家自然科学基金项目“民用飞机货舱细水雾灭火关键技术与实验验证(U1633203)”与“基于颗粒光散射矩阵特性的民用飞机货舱低误报率烟雾探测研究(U1733126)”的支持。针对近年来民航运输中锂离子电池及电子产品热失控导致航空事故频发问题,通过自主设计锂离子电池燃爆灾害实验装置及平台,开展不同初始压力环境下受限空间锂离子电池燃爆特性影响规律研究,为锂离子电池航空运输安全及灾害防治提供一定的理论支持。本文实验以18650型锂离子电池为研究对象,通过控制变量法开展96kPa与61kPa的不同初始压力环境下锂离子电池燃爆实验。研究包括两个方面:(1)环境压力、热源功率与荷电量等因素对单体锂离子电池燃爆特性影响。(2)环境压力、热源功率、荷电量、锂电池单体个数及电池排列方式等因素对锂离子电池组燃爆特性影响。并对比分析96kPa与61kPa两种不同初始压力环境下,上述因素对锂离子电池燃爆过程中池体热灾害、燃爆喷射压力与燃爆后烟气等特性的影响机理。实验结果表明:(1)随着热源功率与荷电量的增加,锂离子电池燃爆响应温度、时间减小,池体温升速率增加,池体温度也相应增加。而对线型排列锂离子电池组,电池组单体温升速率同样增大,单体的自产热功率增大,燃爆响应时间缩短。其中单体电池最大破坏量相当于7.52gTNT当量爆炸。相比96kPa,61kPa初始低压环境对锂离子电池燃爆影响更大,电池燃爆响应温度、时间增大更多,池体温升速率减小更多。(2)锂离子电池燃爆喷射压力与热源功率、荷电量均呈正相关关系。单体电池燃爆喷射压力随热源功率、荷电量的增加而增加,最高可产生0.228MPa喷射压力,而61kPa初始低压环境下燃爆喷射压力略有下降,但也可产生0.169MPa的喷射压力。线型排列电池组燃爆喷射压力也随热源功率、荷电量增加而增加,61kPa初始低压环境下电池组燃爆喷射压力略小;但不同荷电量电池组单体间燃爆喷射压力趋势不同,100%荷电量电池组燃爆喷射压力呈递减趋势,50%荷电量电池组燃爆喷射压力呈先上升后下降趋势。面型排列电池组燃爆最剧烈,燃爆喷射压力最大可达0.327MPa,61kPa初始低压下也可产生0.319MPa的喷射压力。(3)随着热源功率、荷电量与电池组单体个数的增加,单体锂离子电池与线型排列电池组燃爆过程中O2消耗量与CO2、CO的生成量增大;而面型排列电池组燃爆过程最剧烈,其O2消耗量与CO2、CO的生成量最多。61kPa初始压力环境下,要比96kPa初始压力环境下的O2消耗量与CO2、CO的生成量更多,意味着低压环境下锂离子电池燃爆毒害性更高。
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