软包和硬壳磷酸铁锂单体电池过充热传播研究

为了研究硬壳和软包磷酸铁锂单体电池过充工况下对周围电池的热辐射影响,本文研究了磷酸铁锂软包和硬壳电池在仅单体、两单体电池紧贴和两单体电池相距1cm三种工况下的热传播行为。试验以0.5C恒定电流分别对48Ah的软包和24Ah的硬壳电池进行过充,利用可见光监控、红外监控、多路温度记录仪分别对电池外部形貌、外部温度和电池表面温度变化进行实时监测。研究表明,过充阶段,硬壳过充电池温升65.5℃,平均温升速率0.0392℃/s;软包过充电池温升57.3℃,平均温升速率0.0143℃/s;相邻硬壳电池最高温升44℃,最大温升速率0.0312℃/s;相邻软包电池最高温升7.9℃,最高温升速率0.0063℃/s;软包电池过充后,产生的膨胀力对相邻电池影响更大,相邻电池产生的机械应力较大。试验结果可为研究模组内部硬壳或软包磷酸铁锂电池之间的热辐射影响提供理论和实验参考。     

磷酸铁锂电池模组过充热失控特性及细水雾灭火效果

磷酸铁锂电池模组的热失控及灭火是大规模应用急需解决的问题。文中分别以单个磷酸铁锂电池模组和簇级磷酸铁锂电池模组为试验对象,在恒流过充方式下研究单个磷酸铁锂电池模组与簇级磷酸铁锂电池模组的热失控特性,并使用细水雾作为灭火剂,研究细水雾对磷酸铁锂电池模组的灭火效果。试验结果显示:簇级磷酸铁锂电池模组燃烧后温度急剧上升,18 s内温升速率达42.74℃/s,温度峰值近1000℃,明显高于单个模组的峰值温度(600℃);细水雾持续喷洒100 s后,2组试验模组温度迅速降低,明火完全扑灭无复燃,灭火效果极佳。试验结果可为磷酸铁锂储能电站的安全和消防提供有效的理论与试验支撑。     

不同压强细水雾对磷酸铁锂电池模组的灭火效果

电化学储能电站大规模应用急需解决储能电池的消防问题。目前关于细水雾扑灭锂离子电池的火灾试验多集中在小容量单体电池,试验平台与真实储能舱消防环境相差甚远。因此,根据细水雾灭火效果验证机制,根据真实储能电池运行工况设计试验方案,按实际储能舱搭建试验平台。试验对象采用344 Ah储能用磷酸铁锂电池模组,在过充滥用下使电池模组热失控并燃烧,使用4种不同压强细水雾扑救并比较其灭火效果。试验证明了一定压强细水雾能够有效扑灭磷酸铁锂电池模组火灾,扑灭过程存在冷却和阻隔热辐射机制,观察到细水雾屏障现象。研究得出10MPa以下的细水雾压强与灭火时间呈反比关系,随着压强增大,灭火速率和降温速率均提高。实验结果表明,针对大容量磷酸铁锂电池模组的消防设计,选择6 MPa及以上细水雾作为灭火剂比较经济高效。该研究结果可为磷酸铁锂储能电站的消防措施、电池模组灭火规范的制定提供试验支撑。     

磷酸铁锂储能电池热失控及其内部演变机制研究

目前国内磷酸铁锂电池储能电站大规模建设投运,但磷酸铁锂电池热失控风险较为突出,储能电站火灾隐患始终存在。该文针对磷酸铁锂储能电池设计了绝热热失控定点冷却实验,开展了磷酸铁锂电池热失控不同阶段的材料特性演变研究;然后得到了电池自发热起始温度、自加热起始温度、泄压阀打开温度和热失控最高温度,并分析了不同热失控阶段电池正极、负极、隔膜等固态组件的成分和结构变化规律。结果表明,磷酸铁锂电池热失控初期反应主要集中在负极和电解液中,热失控风险安全处置温度范围为60～100℃。研究结果可为磷酸铁锂电池储能电站的安全防护和热失控预警提供重要数据支撑。     

不同倍率下磷酸铁锂电池模组过充热失控特性研究

随着电化学储能技术在电力系统中的广泛应用,电化学储能技术的安全性越来越受到重视。文中以储能用磷酸铁锂电池模组(8.8 kW·h, 25.6 V,344 A·h)为研究对象,进行3次不同倍率(0.4C,0.5C,1C)的恒流过充试验,研究其在不同充电倍率条件下的过充热失控特性,并辅以starccm+软件进行热场仿真计算。结果表明,电池模组在额定充电倍率0.5C(172 A)和1C(344 A)下持续过充会发生起火,起火时间随着充电倍率增加而减少;充电倍率对磷酸铁锂电池模组过充行为特性影响较大,随着充电倍率的增加,热失控最高温度和峰值电压升高,过充测试时间随着充电倍率的升高而降低;不同充电倍率条件下,电池安全阀首次打开时的电压均为1.7倍额定电压,可以进一步研究以作为电池热失控预警参数。文中研究成果可为规模化储能用磷酸铁锂电池的安全性研究和电池管理系统(BMS)对过充故障的安全管理提供参考。     

磷酸铁锂储能电池过充热失效特征参量研究

锂电池的安全性，是掣肘锂电池储能技术发展的重要问题。为探究锂电池过充热失效的特征参量，采用两段式充电对100A·h磷酸铁锂储能电池展开过充实验。通过检测特征气体、电压、温度等参量，对热失效早期锂电池行为进行了研究，并对停止过充后锂电池的风险状况进行了分析。气体检测仪和气相色谱仪检测结果表明，H2为出现最早且含量最高的气体，在特征气体中占比达到62%以上，能够在热失效前至少3 min完成预警，最适合作为预警气体；其次为CO和烃类气体，烃类气体中C₂H₄含量最高，达到烃类气体总量的78.5%。分段式充电结果表明，在锂电池发生热失效前的电压迅速上升期停止充电，能避免热失效发生。停止过充后电池表面温度仍会继续上升，说明电池内部副反应放热仍在继续，可能促使热失效的发生。     

磷酸铁锂电芯过充产物实验研究及热失控判断方法

为实现储能电站锂离子电池热失控状况的可靠判断,避免因电池过充热失控导致储能电站火灾,以磷酸铁锂电池作为研究对象,模拟电池过充热失控过程,研究热失控过程中产物情况。同时融合电池本体参数情况提出一种电池热失控判断方法,并分析论证该方法的有效性。结果表明,电池泄压阀开启30 s后环境中会产生大量粒径范围在0～0.3μm的固态粒子产物,且融合热失控产物和电池本体参数的热失控判断方法在实践中具备一定的优势性。     

变电站磷酸铁锂电池的消防安全技术研究进展

磷酸铁锂电池具有循环寿命长、倍率性能优异、温度特性良好、绿色环保等优势,有望取代铅酸电池成为变电站直流系统的主流选择.但是,磷酸铁锂电池仍难以实现本质安全,在滥用条件下可能发生热失控并引起燃烧、爆炸等火灾事故,不利于变电站的可靠运行.对磷酸铁锂电池的燃烧机理、热失控的诱因和消除策略、安全预警和消防灭火的研究进展进行了综述,为解决磷酸铁锂电池在变电站应用场景下的安全问题提供借鉴和参考.     

磷酸铁锂电池内部气压失控特性研究

针对储能电池的热失控风险,提出以电池内部气压作为判定依据,对磷酸铁锂电池经历不同滥用条件时发生的安全风险进行快速评估的方法.结果表明,在电池正常充放电状态下,电池内部气压及外壳温度发生小范围规律性波动.在过充、过放、外部短路等异常状态下,电池内部气压在预警节点急剧增大,而在相同条件下温度参数变化明显晚于内部气压的变化,且变化速率相对较小.上述研究结果不仅揭示了不同滥用条件下电池内部气压失控的特性,同时证明了以电池内部气压失控预警代替现有电池外部温度预警能够更早地识别电池安全风险,避免发生热失控及燃烧爆炸等严重的安全事故.     

电化学储能电站用磷酸铁锂电池电性能及电极材料理化性能分析

为优化储能电站电池充、放电运行维护策略,对储能电站用磷酸铁锂电池在恒功率P、2P、4P下进行充、放电性能试验,拆解后对电极材料进行扫描电镜形貌测试、X射线衍射测试、电感耦合等离子光谱测试。结果表明,随着充、放电功率增大,电池完成充、放电循环时间变短,内阻变大,电池有效充、放电容量变小;4P功率下电池正极的磷酸铁锂颗粒有明显的裂纹,负极表面的Fe、P、S等元素质量分数偏高;循环充、放电到一定次数后,电池开始老化,出现FePO4相;大功率充、放电使负极材料中锂元素质量分数升高,正极锂元素质量分数与功率呈反比关系,加速电池的老化。储能电站实际运维中,对电池宜采用低功率的充、放电策略,可有效提高电池使用寿命及安全可靠性。     

高寒高海拔地区微网储能锂电池系统优化设计

通过对高寒高海拔地区微电网储能选用的磷酸铁锂电池进行性能测试,分析了环境温度对电池充放电性能、循环寿命、系统容量及安全性能等重要参数的影响。结果表明:磷酸铁锂电池具有循环寿命长、对高倍率充放电耐受性强,具有耐用性与安全系数高等优点;环境温度对电池性能影响显著,低温下放电容量明显下降,高倍率充放电会缩短电池循环寿命。此外,结合高寒高海拔地区的气候特征对锂电池储能系统进行针对性的优化设计,并且在恶劣环境下对系统的可靠性进行了实验验证。研究结果可对磷酸铁锂电池在高寒高海拔地区的应用提供技术支撑。     

电动汽车磷酸铁锂电池最佳SOC工作区研究

磷酸铁锂电池由于寿命长、安全性能好、成本低,已经成为电动汽车的理想动力源和能量源。电池的荷电状态(SOC)是影响电池性能及使用寿命的主要因素之一,以10 Ah磷酸铁锂电池单体为研究对象,对其开路电压、极化电压、电池内阻进行了实验研究。结果表明,当电池单体SOC在20%~90%时,磷酸铁锂电池的电压和内阻变化平稳,确定为电池的最佳工作区。     

磷酸铁锂电池在变电站直流电源系统中的应用分析

文章分析了现有变电站直流电源系统电池性能的不足,从性能、成本和技术难点方面探讨用磷酸铁锂电池替代阀控密封铅酸电池的可行性,并基于马圩变电站的应用实例,提出磷酸铁锂电池应用于变电站直流电源系统的安装及运行维护要点。     

储能锂离子电池包单体内部温度压力模拟

针对储能锂离子电池热失控引发的安全问题,开发一种高效锂离子软包电池内部温度压力模拟方法,为储能系统提供电池状态实时监测工具。首先,通过融合化学反应模型、热路模型和膨胀模型,将软包电池内部生热、产气、传热、膨胀等过程集成到统一的计算框架中。其次,建立基于微分方程组的软包电池温度、压力计算模型,反应模型和热路模型通过温度、生热率等状态参数彼此耦合。再次,将该方法应用于4款电池样本进行温度、压力模拟。计算值和实测值对比表明,该方法能高效计算锂离子软包电池内部温度和压力,最大模拟误差小于4%,具有良好的计算精度。并且,该方法求解过程无需调用耗时的多物理场耦合仿真,计算效率高。     

磷酸铁锂动力电池寿命中期低温安全性能

以剩余容量84%的磷酸铁锂动力电池为样品,首先在25、0和-10℃充放电循环,然后对不同温度循环后的电池进行热安全实验(ARC实验),最后对不同温度循环后的电池进行拆解,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)进一步分析电池正负极材料的理化性能。实验结果表明,寿命中期的电池低温性能较差,电池在25、0和-10℃环境下,循环50周容量保持率分别为100%、93.5%和20%;寿命中期的电池低温循环后热安全性能降低,25、0和-10℃下循环后的电池热失控温度分别是165、157和108℃,低温循环使电池热失控温度提前;电池在低温循环过程中发生不可逆的电化学反应,负极极片表面产生锂枝晶,这是电池低温性能衰减和安全性能降低的主要原因。     

变、配电站直流电源系统集成控制器关键技术研究

研究了基于磷酸铁锂电池的变、配电站直流电源系统集成控制器的关键技术,通过实时监控直流电源装置、磷酸铁锂电池管理系统,实现电池性能测试管理、系统运行参数显示和完善系统保护功能,满足大、中、小型发电厂,变电站和配电站的智能型直流电源系统应用的要求。     

磷酸盐系列正极材料发展和产业化现状

磷酸盐系列材料是锂离子电池正极材料发展的一个重要分支。介绍了锂离子动力电池用磷酸盐系列材料的特性,综述了各类磷酸盐材料在现阶段的改性成果和实用化情况,并对各类材料的国内外产业化现状进行了介绍。     

锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展

综述了新型锂离子电池正极活性材料LiFePO4的研究概况,系统地阐述了LiFePO4的结构特征及性能;从添加导电剂或导电剂前驱体、掺杂改性以及合成纳米颗粒等方面论述了改善LiFePO4电化学性能的基本途径。