作者：彭鵬 1 王成東 2陳滿 1王青松 2雷旗開 1金凱強 2
單位：1. 南邊電網調峰調頻發電無限公司儲能科研院 2. 中國科學技術年夜學火災 科學國家重點實驗室
援用本文：彭鵬, 王成東, 陳滿, 等. 某鈦酸鋰電池儲能電包養條件站熱掉控致災迫害評價[J]. 儲能科學與技術, 2025, 14(4): 1617-1630.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.100包養6
本文亮點：（1）劃分了鈦酸鋰電池熱掉控過程，厘清了分歧SOC、分歧傳熱方法下電池熱誘導掉控的規律，提醒了滿電荷電狀態電池分歧受熱地位惹起的電池熱掉控的差異性。 （2）創新性地提出了“火”、“毒”、“爆”三維度評價法，并從這三個維度對晦氣情況下的致災迫害進行評估，最終獲得了建議的平安區域距離值。
摘 要 針對鋰離子電池熱掉控引發的電化學儲能電站火災特徵不清、致災迫害評價方式缺掉等問題，本任務以某鈦酸鋰電池儲能電站的電池為研討對象，采用實驗研討和理論剖析相結合的方式，起首系統探討了分歧濫用工況下鈦酸鋰電池的熱掉控及火災危險性，提醒了鈦酸鋰電池熱掉控特征參數變化規律。實驗結果表白，電池荷電狀態及加熱地位都會對電池熱掉控特徵產生明顯影響。隨后，基于單體電池熱掉控迫害數據結果作出兩種最晦氣情況假設，在此假設基礎上，提出了“火”(熱迫害)、“毒”(氣體毒性迫害)、“爆”(爆炸迫害包養)三維度評價法，并以三維度評價法對兩種最晦氣情況下的熱掉控致災迫害進行評估，最終得出該鈦酸鋰電池儲能電站電池熱掉控時最晦氣情況下的平安區距離值為96 m。
關鍵詞 鈦酸鋰電池；儲能電站；熱掉控；火災；致災迫害評價
隨著“雙碳”目標的實施，新動力行業得以敏捷發展。在眾多新動力中，鋰離子電池憑借其本身能量密度高、循環壽命長等優良機能脫穎而出，在航空航天、路況運輸、消費電子產品、儲能電站等領域飛速發展。此外，由于風能發電、太陽能發電等新動力應用方法受季節或許氣候影響較年夜，其具有必定的間歇性，急需一種可以起到削峰填谷的中間轉換平臺，儲能電站應運而生。今朝，市場上重要儲能技術分為三年夜類，分別是抽水蓄能包養、熔融鹽儲熱以及新型儲能。據中關村儲能產業技術聯盟不完整統計，截至2023年末，中國新型儲能累計裝機規模初次衝破30 GW，達到34.5 GW/74.5 GWh。從新型儲能占比來看，鋰離子電池儲能項目占比高達97.3%，在新型包養甜心網儲能領域中處于絕對主導位置。此中，鋰離子電池中的鈦酸鋰電池因其本身獨特的長循環壽命(循環壽命超過20000次)、寬任務溫度范圍(-50 ℃仍可正常充放電)而遭到部門領域任務者的青睞。雖然鋰離子電池有著迅猛發展的形勢，但由于其本身資料組成和結構特徵，內部各部門資料在必定環境下不難發生反應，輕則漏液、容量衰減、電池掉效，重則發生不成逆的熱掉控過程，伴隨冒煙、著火甚包養網dcard至爆炸。一旦發生了鋰離子電池熱掉控變亂，凡是都會形成較年夜的經濟損掉甚至是人員傷亡，所以鋰離子電池的平安問題仍舊不成忽視。
針對鋰離子電池平安問題，相關學者進行了大批的研討。Zhang等研討了分歧過充水平下的鋰離子電池熱掉控行為，發現過充電池的熱穩定性嚴重降落。Xie等研討了過充循環次數對熱濫用條件下電池熱掉控的影響，發現隨著過充循環次數的增添，熱掉控燃燒水平加倍劇烈，存在更年夜的危險性。Hu等探討了電濫用和熱濫用耦合對鋰離子電池熱掉控的影響。隨著充電倍率的增添，電池產氣、熱掉控開始溫度都有所降落，可是熱掉控最高溫度會增高。Wang等對分歧安康狀態(SOH)的磷酸鐵鋰電池在過充工況下的熱掉控演變過程進行了探討。
Li等發現熱濫用工況下鋰離子電池熱掉控和內燃機燃燒具有很高的類似性，熱掉控過程不受把持的重要緣由是電池內部沒有獲得有用把持。Wang等探討了分歧鉅細加熱器對年夜型鋰離子電池熱掉控規律和火焰特征的影響。Huang等探討了分歧加熱板、分歧SOC對鋰離子電池熱掉控的影響。加熱功率對熱掉控的影響比SOC更明顯，加熱功率增年夜，熱掉控迫害水平加快增年夜。Liu等研討了分歧SOC下鋰離子電池的熱掉控特征與火焰行為以及開放和密閉空間里鋰離子電池的熱掉控行為。研討發現，0% SOC下鋰離子電池不會產生射流火行為，可是會產生更多的氣體，增添了其燃爆風險和氣體梗塞風險。密閉環境下，電池熱掉控只會發生很短暫的燃燒過程，不會構成射流火，整個密閉箱內充滿大批有毒無害可燃氣體。在實際應用中，能夠會因為電器結構產生的電火花而發生氣體燃爆現象。
對于電池熱掉控過程中產生的有毒無害氣體，後人進行了大批的研討剖析，有的學者定量剖析了氣體的迫害，有的學者則采用實驗模擬相結合的方法往評價能夠存在的迫害。研討結果表白，今朝市道上商用的鋰離子電池熱掉控所產生的重要氣體為：二氧化碳、一氧化碳、氫氣、甲烷、乙烷、氟化氫等。
但是卻鮮有對鋰離子電池熱掉控引發的電化學儲能電站火災致災迫害評價方式的相關研討。是以，針對此現狀，本任務通過對單體電池熱掉控特徵研討，進而結合“火”“毒”“爆”三維度評價方式進行了相關評價研討，為鋰離子電池熱掉控引發的電化學儲能電站火災致災迫害評價供給了參考。
1 實驗設計
包養本任務所用實驗平臺表示圖，如圖1所示。采用了熱輻射(非火焰加熱形式)和熱傳導以及過充3種方法探討鈦酸鋰電池熱掉控火災危險性，參考該鈦酸鋰電池(相關參數見表1)儲能電站中電池的實際放置方法，本任務中3種方法下的溫度測點布置，如圖2所示。在輻射加熱工況下，接近加熱爐面電池中間地位、遠離加熱爐面電池中間地位、正極極耳四周、負極極耳四周分別布置測溫點1、2、3、4，此中1的地位距離加熱爐上概況80 mm。加熱圈加熱工況下，溫度測點1~3的地位均布置在電池曲面統一程度線上。由于平安包養網閥打開后，不論是氣體還是火焰都會在內壓和浮力配合感化下，呈現傾斜向上的趨勢，是以兩種熱濫用工況下氣體和火焰溫度測點5、6、7的地位布置如下：在平安閥統一程度且距離70 mm的地位布置測溫點5，測溫點5上方間隔100 mm布置測溫點6，測溫點6上方100 mm處布置測溫點7，此中過充實驗溫度測點布置和加熱圈加熱實驗雷包養同。
圖1 鋰電池熱掉控火災危險性測試平臺
表1 鈦酸鋰電池參數
圖2 溫度測點分布圖 (a) 輻射加熱；(b) 傳導加熱
2 分歧濫用方法下鈦酸鋰電池熱掉控的火災危險性研討
2.1熱輻射加熱工況下鈦酸鋰電池熱掉控的火災危險性研討
2.1.1 實驗現象剖析
實驗中采用高清攝像機透過觀察窗記錄了電池熱掉控的完全過程，通過視頻記錄，可以看到分歧SOC的鈦酸鋰電池火焰隨時間的變化。圖3展現了50% SOC鈦酸鋰電池輻射加熱工況下熱掉控的主要時間節點照片，重要燃燒過程年夜致可分為3個階段，分別是穩定燃燒階段、射流火階段、熱掉控階段。
圖3 輻射加熱工況下50% SOC電池熱掉控的主要時間節點圖
2.1.2 實驗結果剖析
如圖4所示，展現了分歧SOC鈦酸鋰電池在輻射加熱工包養app況下的電池概況溫度以及火焰溫度。根據溫度數據可以看出，在加熱初始階段，鈦酸鋰電池下概況的測溫點1距離加熱爐比來，持續遭到輻射在夢中，葉被迫親眼目睹了整本書，內容主要是女主角熱的感化，溫度持續上升，并會在必定的溫度區間內堅持一個較穩定的狀態，直至電池發生熱掉控溫度才會敏捷上升。
圖4 分歧SOC鈦酸鋰電池輻射加熱工況下的電池概況及火焰溫度包養網變化圖 (a) 100%SOC；(b) 50%SOC；(c) 0 SOC
從圖4和圖5可知，熱掉控時電池概況的最高溫度差別比較明顯，電池SOC越高，電池熱掉控時最高溫度就越高。0 SOC電池平安閥開啟時噴出的更像是懸浮的液滴，50% SOC電池則是噴出高溫氣體，而對包養于100% SOC的電池，平安閥打開瞬間噴出的高溫氣體直接變成火焰，燃燒快結束的時候會有一段時間的射流火，其射流火階段的持續時間以及火焰鉅細均高于50% SOC的電池，0 SOC的電池則未發生熱掉控現象。
圖5 分歧SOC鈦酸鋰電池輻射加熱工況下的平安閥開啟瞬間圖 (a) 0 SOC；(b) 50% SOC；(c) 100% SOC
對于100% SOC電池，電池平安閥打開瞬間由于劇烈產氣而著火，使得3號測溫點概況高溫膠脫落，所測的溫度變成了火焰的溫度。由于電池燃燒時電池內部壓力很小，火焰的主導力變成了浮力，是以火焰呈現出接近豎直向上的狀態，同時火焰的寬幅也比較小，所布置的5、6、7測溫點所測溫度幾乎都是在火焰影響下的環境溫度，火焰形態一向在變化，所以5、6、7測溫點所測溫度處于波動狀態。當發生熱掉控時，SOC越高的電池內部能量越多，熱掉控時間越短，溫升越年夜。通過觀察100% SOC和50% SOC電池的火焰溫度可以發現電池熱掉控時噴出的大批高溫氣體的溫度在180 ℃擺佈，這些氣體和平安閥打開時的氣體顏色和狀態有著明顯差別，平安閥打開時的氣體多為白色或灰色霧狀，而熱掉控時產生的高溫氣體多為深灰色和玄色顆粒狀。
圖6展現了鈦酸鋰電池分歧SOC包養網心得工況下的實時質量損掉及電壓變化情況。因為電池概況粘貼了熱電偶，電池正負極極耳連接有電壓線，所以質量的實時測量過程能夠會因為電包養池產氣或火焰沖擊等情況有必定的影響，可是對電池質量的整個變化過程的影響可以疏忽。
6 分歧SOC鈦酸鋰電池輻射加熱工況下的電池質量損掉及電壓變化
對于100% SOC、50% SOC以及0 SOC的電池，可以從質量變化對比中發現，隨著電池SOC的下降電池熱掉控劇烈水平在減弱，電池質量損掉也在減小。0 SOC的電池幾乎沒有熱掉控過程，是以其質量損掉(238 g)相當于100% SOC電池往除熱掉控階段的質量損掉之后的質量損掉(216.6 g)。
從圖6可以看出，隨著電池SOC的下降，電池電壓也在減小，滿荷電狀態所測量的電壓值(2.5 V)要略微高于標稱電壓值(2.3 V)，而50% SOC電池的電壓(2.2 V)是低于標稱電壓值的，0 SOC的電池電壓(2 V)高于電池放電截止電壓。對于滿荷電狀態的電池，在平安閥打開之后，會出現輕微的電壓降落，然后繼續堅持平穩的狀態；而對于50% SOC和0 SOC荷電狀態的電池，電池平安閥打開之后電池的電壓變化幾乎為零。對于分歧荷電狀態的電池，電壓變為零總是發生在電池熱掉控(質量疾速損掉)之前，說明內短路產生的大批焦耳熱也是形成熱掉控的緣由之一。鈦酸鋰電池發生熱掉控前電池內部隔閡融化以及內短路等自加快反應進程快，在電池電壓方面就展現為從明顯降落到變為零，發生在幾秒鐘之內，時間很是短，變化很是快。
圖7是鈦酸鋰電池滿荷電狀態下熱掉控過程的熱釋放速度(heat release rate，HRR)和總釋放熱(total heat release，THR)。由于本實驗所用儀器是基于耗氧道理測量HRR，采樣點距離燃燒地位有必定的距離，所以采樣獲得HRR數據時間稍微延后于實際值。鈦酸鋰電池1188 s平安閥打開，1900 s擺佈開始熱掉控，最年夜熱釋放速度達到15.1 kW，總產熱達到3844.2 kJ，這相包養價格ptt當于237 g甲醇的燃燒熱，假如以熱掉控開始前損掉的質量作為電池燃燒產熱的物質質量，那么該部門物質燃燒熱值幾乎和甲醇燃燒熱值(16.2 MJ/kg)同等。整個實驗HRR測量值存在較年夜的差距，這完整取決于電池熱掉控之前，也就是射流火階段后期被吹滅的時間。
圖7 100%SOC鈦酸鋰電池輻射加熱工況下的熱釋放速度變化
2.2熱傳導加熱工況下鈦酸鋰電池熱掉控的火災危險性研討
參考2.1節滿荷電狀態電池熱掉控實驗的溫度曲線，在兩組預實驗結果參考下，加熱圈設定溫度標準為500 ℃(即通過REX-C溫度把持器設定目標值500 ℃，以此溫度持續對實驗電池加熱)，在此設定工況下，電池熱掉控之前，加熱圈和電池之間的測溫點溫度可堅持在400~500 ℃。
由圖8可知，熱傳導加熱實驗存在明顯規律，從正極側加熱到負極側加熱，離加熱圈比來的測溫點在熱掉控之前堅持的恒溫溫度值呈現減小的趨勢，能夠是因為遠離平安閥，平安閥開啟時間遲，電池內部反應沒有外界氣體的參與，反應加倍遲緩。距離平安閥地位比來的時候，平安閥打開需求的加熱時間最短，同時熱掉控開始時間和平安閥打開時間差反而最年夜，這能夠是由于接近電池平安閥加熱時，電池內部受熱發生反應產生的氣體導致接近平安閥處壓強最先增年夜，同時包養平安閥自己也受加熱的影響，穩定性改變，幾個原因的疊加感化導致加熱圈離平安閥地位比來的時候，平安閥會最早地打開。同時，由于平安閥最早地打開，電池內部壓強減小，高溫氣體以及部門未反應的電解液一向在噴出，電池達到熱掉控所需的熱量減弱，是以熱掉控所需時間更久。比擬于其他測溫點，電池中間地位測溫點2的溫度變化更能反應出平安閥開啟的時間，平安閥開啟時，測溫點2的溫度會因為電池內部高溫氣體的泄出而下降，隨后溫度又會在加熱圈的加熱感化下繼續降低。電池熱掉控開始時概況溫度均勻值(取電池概況測溫點的均勻溫度)分別為：接近電池正極側加熱時247 ℃、電池中間地位加熱時231 ℃、接近電池負極側加熱時207 ℃。對于接近電池負極側加熱，電池沒有穩定燃燒過程，也沒有射流火階段，可是有熱掉控過程。與中間地位加熱對比，接近電池正極側加熱時，電池穩定燃燒階段之后存在一段時間的微弱燃燒，然后才進進射流火階段，且射流火階段加倍劇烈。
圖8 鈦酸鋰電池傳導加熱工況下分歧加熱地位時電池概況及火焰溫度變化情況 (a) 接近正極側；(b) 中間地位；(c) 接近負極側
圖9包養網為3種分歧加熱地位下的熱掉控過程中電池質量損掉情況，此中C代表加熱圈接近正極側的加熱工況，A代表加熱圈接近負極側加熱工況，M代表加熱圈中間加熱工況。通過比較，可以得出加熱地位距離平安閥越遠，質量損掉越年夜，可是質量損掉比例差距不年夜。質量損掉占比分別為：接近正極側加熱21%、中間地位加熱25%、接近負極側加熱23%。此台灣包養網中，中間地位加熱質量損掉較年夜的緣由是中間地位加熱過程中，電池鋁質外殼由于遭到加熱圈的限制產生較年夜的應力而發生決裂(重復實驗中均發生決裂)，電池內部資料和空氣接觸，反應也加倍劇烈，質量損掉相應增多，熱掉控時質量損掉速度也是最年夜。
圖9 100% SOC鈦酸鋰電池傳導加熱工況下分歧加熱地位時電池熱掉控過程質量損掉
由圖10可知，加熱圈加熱地位接近正極側時，HRR峰值較小且測到兩個峰值。第一個峰值是平安閥打開瞬間所惹起的，第二個峰值是熱掉控前射流火階段距離燃燒產生的。對于加熱地位接近正極側時，平安閥打開時間早，熱掉控開始時間和平安閥打開時間的間隔長，所以在第一個峰出現之后有很長時間的峰谷，第二個峰的峰值只要5.4 kW，重要緣由是熱掉控開始時的劇烈產氣將火焰吹熄，后續的劇烈反應階段在HRR得不到體現。當加熱圈加熱地位接近中間地位以及接近負極側時，所測的熱釋放速度峰值均在40 kW擺佈。
圖10 100% SOC鈦酸鋰電池傳導加熱工況下分歧加熱地位時電池熱掉控過程熱釋放速度變化
2.3過充工況下鈦酸鋰電池熱掉控的火災危險性研討
電濫用是導致鋰離子電池熱掉控的包養網車馬費主要原因之一，比擬于過放，在同樣情況下，過充能夠導致加倍危險的情況的發生。本節重要借助實驗平臺(圖1)對鈦酸鋰電池以50 A(即1 C倍率)恒流充電的方法過充至電池發生熱掉控，測量并剖析相關熱掉控特征參數演變規律。
2.3.1 實驗現夢中，女主角每一題都得了好成績，而成績最低的葉秋象剖析
如圖11所示，以50 A恒流充電，電池平安閥4694 s時打開，打開瞬間噴射的高溫氣體就轉變為火焰，隨后電池一句話總結：科學需要嚴謹，但美麗……不那麼重要。直接進進熱掉控階段，此時電池發生的熱掉控產生的滿是高溫火焰而非加熱工況下的氣體混摻著不成燃顆粒物。燃燒3包養網0 s之后，火焰基礎熄滅，可是電池內部溫度接近1000 ℃，在此高溫下，電池鋁質外殼開始從電池中間部位融化，10 s后整個電池外殼只要正負極極耳及其四周處還未融化，其他殼體都被高溫融化成了鋁水，滴落在天平上方的隔熱棉上。
圖11 鈦酸鋰電池過充誘導熱掉控主要時間節點圖
2.3.2 實驗結果剖析
從圖12可以看出，過充熱掉控過程後期電池概況就有必定的溫升。這一時間段的溫升後期重要是由電池內部充電過程的自產熱所惹起的，后面的敏捷溫升則是由電池內部資料發生的一系列不成逆反應所導致的。在電池平安閥打開前，電池概況均值溫度在80 ℃，電池平安閥打開后，高溫氣體疾速噴出，高溫氣體和固體顆粒間摩擦產生火花，電池直接進進熱掉控階段，溫度敏捷上升，表面面中間地位測溫點所測最高溫970.7 ℃，熱掉控階段產生的射流火持續時間接近50 s，火焰溫度接近800 ℃。
圖12 鈦酸鋰電池過充誘導熱掉控電池概況及火焰溫度圖
圖13為鈦酸鋰電池在50 A恒流充電至熱掉控的實驗中電池質量損掉以及熱釋放速度曲線。在電池平安閥打開瞬間，電池噴射氣體對電池產生了一個反向推力，所以質量顯示增添了111 g，隨后電池發生劇烈射流火，該射流包養火的反向感化力使得電池處于瞬間懸空的狀態，質量損掉曲線顯示此時損掉質量2005 g，射流火減小后，感化力也消散了，質量損掉曲線恢復正常值，整個熱掉控過程，電池質量損掉為1226 g，損掉質量占比超過電池自己質量的60%(此中，電池外殼融化后的鋁滴落在天平上方的隔熱棉上，并沒有計算在電池損掉的質量內)。熱掉控導致HRR幾乎瞬間達到最年夜值，峰值功率達到了181.1 kW，總產熱達到14404 kJ，相當于889 g甲醇的燃燒熱量。電池正極側加熱，100% SOC分歧地位加熱導致的熱掉控接收熱量約為2.4 MJ，且模組中電池緊密擺列，是以過充導致的熱掉控會使周圍電池發生熱掉控，形成電池間的熱掉控傳播。
圖13 鈦酸鋰電池過充誘導熱掉控電池質量損掉和熱釋放速度曲線
3 某鈦酸鋰電池儲能電站熱掉控致災迫害評價
如圖14所示，該鈦酸鋰電池儲能電站是通過電池柜、盤柜結構布置在室內的。該鈦酸鋰電池儲包養網能電站額定功率為2 MW、儲能系統容量為2 MWh，屬于中型儲能電站，內部重要由鈦酸鋰電池、電池治理系統、能量轉換系統、監控系統等組成。每21節電池串聯為一個模組，14個模組構成一個電池簇(也就是一個電池柜)，一個電池柜和一個功率單元組包養俱樂部合為一個鏈節，20個鏈節串聯成一個相，一切的電池單體均為50 Ah圓柱型鈦酸鋰電池。
圖14 鈦酸鋰電池儲能電站實物圖 (a) 電池柜；(b) 盤柜
3.1鈦酸鋰電池儲能電站熱掉控致災迫害評價
對第2部門電池熱掉控時測得的HRR峰值歸一化處理(即以測量的HRR峰值除以電池的概況積，由于極耳是螺栓狀態且面積很小，故疏忽)，如圖15所示。此中，過熱第一組是滿荷電狀態下輻射加熱誘發熱掉控的結果，過熱第二組是電荷電狀態下熱傳導加熱誘發熱掉控的結果。從圖15可以看出，當電池因過充發生熱掉控時，歸一化后的值遠高于過熱以及燃油的歸一化HRR，達到汽油歸一化HRR的1.22倍。這表白電池在過充時發生熱掉控的迫害是宏大的，這能夠會惹起周圍正常電池的熱掉控舒展。
圖15 鈦酸鋰電池歸一化HRR和其他燃料及聚合物的歸一化HRR
根據電池概況溫度及分歧濫用工況下的熱釋放速度等熱掉控特征參數的比較，假設某個電池柜整體發生過充熱掉控，此時會構成熱迫害最晦氣情況。基于此情況進行該儲能電站熱迫害評價。
由國際勞工組織提出的ILO模包養app子，結合該儲能電站實際布設情況，可以通過式(1)~式(5)量化該儲能電站輻射熱通量的迫害。
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
式中，f為燃燒階段電池減少的質量，kg；為火焰半徑，m；0為燃燒火焰概況輻射通量，kW/m2；HRR為燃燒階段均勻熱釋放速度，kW；為空氣傳播系數；為視圖因子；為火焰高度，m；為人和火焰之間的距離，m；為輻射熱流，kW/m2。
以單個電池值為參考，燃燒時間為42 s，整個電池柜減少質量為360.4 kg，此中混雜氣體中可燃氣體占比12.5%(圖16）；燃燒階段電池柜均勻熱釋放速度為35350 kW。根據該儲能電站實際空間高度值，取為3.5 m；將電池火焰形態幻想化為球體后，可認為火焰高度和直徑相等。至此，可求出因過充導致一個電池柜內的電池同時熱掉控時輻射熱通量和電池柜距離的關系圖。
圖16 鈦酸鋰電池過充誘導熱掉控產生的氣體占比
根據圖17和圖18，在假設沒有任何其他危險，只要熱輻射的情況下，在距離電池柜12 m處30 s就會使人皮膚燒傷。
圖17 過充導致整個電池柜熱掉控時輻射熱流和R之間的關系
圖18 皮膚燒傷、皮膚燒痛的實驗數據范圍與輻射熱通量的關系
假設在過充工況下，該儲能電站熱掉控過程為一個電池柜內的電池同時熱掉控，然后導致電池柜地點相(20個電池柜并排布置串聯成一個相)的其他電池柜在熱迫害感化下包養網VIP發生熱掉控，最后在該相產熱感化下，惹起別的兩個相的電池熱掉控。以單個電池值為參考，兩個相共計40個電池柜為基準，研討數據幻想化，兩個相的電池同時發生熱掉控，燃燒時間和單體電池燃燒時間雷同，都為120 s；兩個相的總質量減少4151.3 kg，此中可燃混雜氣體占比85.5%；燃燒階段電池柜均勻熱釋放速度為45129 kW。根據該電站實際情況，取為3.5 m；將電池火焰形態幻想化為球體后，可認為火焰高度和直徑相等。至此，可求出此時輻射熱通量和電池相的距離關系，如圖19所示。
圖19 第一種最晦氣情況下輻射熱通量與電池相之間的距離關系
僅從熱迫害角度考慮，該儲能電站發生電池熱掉控變亂時，人員需撤離至19.8 m之外防止遭到熱傷害。
3.2鈦酸鋰電池儲能電站熱掉控氣體毒性迫害評價
由圖20、圖21可知，本任務所用的鈦酸鋰電池在分歧濫用工況下會產生多種氣體。這些氣體中既存在氫氣這種易燃易爆氣體，又存在一氧化碳等梗塞性氣體，同時還有腐蝕性較強的氟化氫氣體。
圖20 過充誘導鈦酸鋰電池熱掉控產氣
圖21 過熱誘導鈦酸鋰電池熱掉控產氣
如圖20所示，過充導致熱掉控時，電池產生的氣體中，二氧化碳含量最高。二氧化碳重要產自電池平安閥打開之后一系列碳氫化合物和碳氧化合物的劇烈燃燒，極少的部門來自平安閥打開之前電池內部反應。結合圖21，可以發現過熱導致電池發生熱掉控時，毒性氣體的占比更高。
結合上述剖析，可以假設儲能電站中某個相(20個電池柜并排布置串聯成一個相)整體因過熱發生熱掉控，電池熱掉控過程內部未通過產氣摩擦構成火花，內部也無相關點火源，那么比及電池產氣最多、電池柜內氣體含量最年夜時，將構甜心花園成氣體迫害最晦氣的情況。
本任務所用鈦酸鋰電池熱掉控過程產生的混雜氣體中，毒性氣體重要是CO和HF，具體氣體占比，如圖22所示。
圖22 第二種最晦氣情況下氣體比例
當發生第二種最晦氣情況時，根據混雜氣體毒性判斷標準，用式(6)計算可獲得混雜氣體LC50值。
(6)
式中，
是電池熱掉控產生的混雜氣體半數致逝世濃度，%；是熱掉控產生的混雜氣體中第種毒性氣體的濃度，%；
是電池熱掉控產生的混雜氣體中第種毒性氣體組分的半數致逝世濃度，%。
計算可得，鋰離子電池熱「明天會有人帶去檢查，然後我們會在社區裡發布信掉控過程中產生的混雜氣體的半數致逝世濃度為1959 µL/L，氣體毒性分類中第二類有毒氣體區間范圍為200~5000 µL/L，該混雜氣體屬于有毒氣體。
對于劇毒氣體，可以通過有用劑量分數(FED)對氣體毒性量化評價，可是電池熱掉控時產生了CO不產生HCN，是以選擇疏忽HCN的影響，只考慮CO影響，此時FED計算方式見式(7)。
(7)
式中，
是CO氣體在該段包養網推薦時間內均勻體積分數；35000是實驗值。
代進
，FED遠年夜于0.1，在電池熱掉控時，產生的氣體會使人因為CO的毒性逝世亡。
3.3鈦酸鋰電池儲能電站熱掉控氣體燃爆迫害評價
基包養條件于勒夏特列混雜定律，多種可燃氣體混雜物(如鈦酸鋰電池熱掉控過程產生的氣體混雜物)的爆炸高低限可以用式(8)計算。
(8)
式中，、為混雜氣體爆炸上限和下限；為各可燃氣體體積分數；、為對應可燃氣體爆炸上限和下限。包養甜心網
對于鈦酸鋰電池熱掉控過程產生的混雜氣體的爆炸高低限用勒夏特列公式計算會有較年夜誤差，因為電池熱掉控劇烈產氣過程含有大批的二氧化碳氣體，而二氧化碳氣體不是反應物，并不參與燃燒反應，同時在其他氣體發生燃燒時還會接收氣體燃燒產生的熱量，使得混雜氣體燃爆反應減緩或結束。是以，考慮到二氧化碳對鈦酸鋰電池熱掉控產生的混雜氣體燃爆過程的影響，可以對勒夏特列公式作出以下修改[式(19)]。
(9)
式中，mix、mix包養網是包養網dcard修改后的混雜氣體爆炸上限和下限，%；
為二氧化碳的體積分數。
代進表2的相關數值，未修改之前計算得混雜氣體爆炸上限(LEL)為5.0%、爆炸下限(UEL)為38.9%；由修改后的公式計算得混雜氣體爆炸上限為5.8%、爆炸下限為42.6%。
表2 可燃氣體的相關參數
在計算出混雜氣體爆炸高低限之后，可根據混雜氣體爆炸高低限計算混雜氣體的爆炸風險指數[式(10)]。
(10)
式中，ERL為混雜氣體爆炸風險指數。
由修改后的混雜氣體爆炸高低限可知，第三種最晦氣情況下發生的熱掉控氣體爆炸風險指數達6.3%，高于CH4和CO燃爆風險。
是以，當存在外界火源時這些混雜氣體就會發生爆炸，爆炸時會對周圍環境形成必定水平的破壞。
采用TNT當量法(即將必定體積的混雜氣體爆炸產生的能量轉換為相應質量的TNT爆炸產生的能量)量化該儲能電站電池熱掉控時可燃氣體混雜物的爆炸破壞才能。TNT當量法轉換公式為式(11)。
(11)
式中，TNT為相應質量的TNT，kg；為當量轉換系數，取0.04；為爆炸系數，空中爆炸時二線明星一躍成為一線明星，資源紛至沓來。取1.8；f為電池熱掉控產生的混雜氣體的質量，kg；f為電池熱掉控產生的混雜氣體的燃燒熱，kJ/kg；TNT為單位質量TNT炸藥爆炸熱量，取4.52 MJ/kg。
單個電池在第三種最晦氣情況時質量損掉取0.4 kg，一個相有5880節電池，往除二氧化碳的體積分數的影響，取損掉總質量為2011.0 kg，由各可燃氣體組分的占比和各自對應的燃燒熱，在修改二氧化碳影響后，取混雜氣體燃燒熱為58413 kJ/kg，可得TNT為1871.2 kg。
儲能電站電池熱掉控產生的可燃混雜氣體爆炸時的超壓會對人的耳膜和內臟形成傷害，是以可根據混雜氣體爆炸時對人的傷害水平對爆炸區域進行危險度的劃分，依據與爆炸中間處的距離順次將危險區域劃分為逝世亡區域、重傷區域、輕傷區域。對應危險區域的半徑順次為1、2、3，此中1是指頭部受擊和肺部出血惹起的逝世亡半徑；2是指耳膜決裂概率達到50%時對應的重傷半徑；3是指耳膜決裂概率為1%時對應的輕傷半徑。如表3所示，分歧爆炸沖擊波壓強對人的安康影響區別很年夜。
表3 分歧超壓對人的影響
對于逝世亡半徑1、重傷半徑2、輕傷半徑3的值可用式(11)、式(12)、式(13)結合進行計算。
(12)
式中，Δ是指爆炸沖擊波比；是量綱為1參數；Δs是對應危險區域爆炸沖擊波最年夜值；0是年夜氣壓強，取101.325 kPa。
(13)
由表3確定包養網單次分歧區域沖擊波最年夜值，重傷區域沖擊波壓強取48.3 kPa，輕傷區域沖擊波壓強取13.8 kPa，由式(12)可計算得重傷區域無量綱數1為1.0，輕傷區域無量綱數2為2.2。所以，1、2、3分別為11 m、包養行情43.6 m、96 m。
假如該電站發生了與電池相關的平安變亂，人員需求撤離至96 m外才幹保證不受傷害。
4 攝影機跟蹤她的動作。工作人員在錄音過程中發現有選結論
（1）滿荷電狀態電池分歧受熱地位惹起的電池熱掉控存在差異性：隨著加熱地位和平安閥之間距離的減小，對平安閥的應力影響增年夜，電池平安閥會更早地打開，熱掉控開始時間延遲，整個燃燒階段持續時間更久，總產熱更多，對周圍電池的影響更年夜。
（2）鈦酸鋰電池過充特徵：該款鈦酸鋰電池過充導致的熱掉控產熱為14404 kJ，相當于889 g甲醇的燃燒熱，標準化HRR值是汽油的標準化HRR值的1.22倍，這會引發電池間的熱掉控。是以，該儲能電站需求避免過充情況的發生。
（3）通過量化單體鈦酸鋰電池熱掉控特征參數值，確定了該儲能電站的最晦氣情況，根據提出的“火”“毒”“爆”三維度評價法，從這三個維度對晦氣情況下的致災迫害進行評估。最終獲得了建議的平安區域距離值為96 m，可以給其他儲能電站致災迫害評價供給參考。
第一作者：彭鵬（1988—），男，碩士，研討標的目的為鋰離子電池儲能平安
通訊作者：金凱強，副研討員，研討標的目的為鋰離子電池火災平安
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