荷電狀態(tài)和電池排列對鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑サ挠绊?/h1>
2022-08-08 03:56:40張青松劉添添
儲能科學(xué)與技術(shù) 2022年8期
鋰離子因具有能量密度高、循環(huán)使用壽命長以及記憶效應(yīng)小等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到各大移動終端設(shè)備和電動汽車上
。鋰離子電池是封閉式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部材料大多易燃。當(dāng)電池與外部高溫?zé)嵩唇佑|時，熱量會通過熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射傳遞到電池中，從而提高電池的溫度。當(dāng)電池的溫度達(dá)到內(nèi)部材料反應(yīng)的臨界溫度時，就會出現(xiàn)自發(fā)熱現(xiàn)象，這將加速電池的溫升，最終導(dǎo)致電池的熱失控
。在實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足功率的需求，總是有大量的單個電池連接起來形成模塊。因此，如果模塊中的單個電池發(fā)生熱失控引起的高溫和燃燒現(xiàn)象可能導(dǎo)致相鄰的電池發(fā)生熱失控，并最終導(dǎo)致所有電池發(fā)生熱失控
，從而造成災(zāi)難性的事故
。因此，對成組的鋰離子電池?zé)岚踩赃M(jìn)行研究十分必要。
鋰離子電池的熱失控通常由熱濫用
、電濫用
、機(jī)械濫用
引起。無論熱失控的原因是什么，最初溫度的升高都會觸發(fā)電池電極和電解液之間的化學(xué)反應(yīng)，形成氣體并增加內(nèi)部壓力
。隨著電池溫度的不斷升高，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率也不斷增加，從而產(chǎn)生快速的自熱
。這種循環(huán)加熱反饋回路最終導(dǎo)致電池達(dá)到熱失控階段，產(chǎn)生大量的熱量
。當(dāng)電池間熱量積累達(dá)到一定程度時，熱失控就會發(fā)生傳播。針對鋰離子電池?zé)崾Э氐膫鞑ヌ匦?，已有學(xué)者進(jìn)行相關(guān)的研究。張青松等
研究了鋰離子電池?zé)崾Э氐亩嗝字Z效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)包裝中一節(jié)電池的熱失控產(chǎn)生的熱量可能導(dǎo)致包裝中其他電池的熱失控。Feng 等
研究了釘子穿透誘導(dǎo)電池?zé)崾Э貢r的溫度、電壓和傳熱響應(yīng)。結(jié)果表明，穿透誘導(dǎo)熱失控傳播試驗(yàn)的起始溫度更低，熱失控觸發(fā)時間更短，且電池殼體傳熱在整個傳熱過程中起主導(dǎo)作用。Lamb 等
研究了電池形態(tài)和電連通性對熱失控傳播的影響。結(jié)果表明，與圓柱形電池相比，袋裝電池有更大接觸面積導(dǎo)熱，更容易發(fā)生熱失控的傳播，且并聯(lián)電氣結(jié)構(gòu)比串聯(lián)電氣結(jié)構(gòu)傳播故障更快、更頻繁。胡棋威
研究了封閉絕熱體系下鋰離子電池的熱失控傳播特性，發(fā)現(xiàn)相比開放體系，封閉絕熱體系可以有效延緩鋰離子電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生時間，并降低鋰離子熱失控時釋放的能量。Gao等
對多模塊電池組中模塊間熱失控傳播進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，熱失控傳播首先發(fā)生在帶有觸發(fā)單元的蓄電池模塊中，傳播速度非常慢，其次是熱失控傳播將擴(kuò)展到相鄰模塊，傳播速度加快，最后，當(dāng)熱失控在整個組件中傳播時，傳播速度急劇加快，其中大量能量很快被消耗釋放。目前，研究人員對鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑ヌ匦缘难芯恐饕性诓煌姵匦螒B(tài)和不同觸發(fā)方式上，對不同SOC 及不同排列下鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑ヌ匦缘难芯枯^少。研究不同SOC 及不同排列條件對鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑ヌ匦缘挠绊?，對?yōu)化電池布置、防止和控制電池?zé)崾Э貍鞑ゾ哂休^高的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價值。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 電池樣品
本研究采用商業(yè)應(yīng)用廣泛的18650型鋰離子電池，電池基本信息如表1所示。電池使用CT2001B型測試系統(tǒng)進(jìn)行充放電工作。電池充電的步驟如下：①恒流充電，電流為520 mA，直到電壓至4.2 V；②恒壓充電，直到充電電流低于130 mA，此時電池為100%SOC。然后將電池以130 mA 恒定電流放電到所需的SOC。最后，將充電后的電池置于溫度為24 ℃的恒溫箱中持續(xù)24 h，以保證電池的穩(wěn)定性。
1.2 實(shí)驗(yàn)平臺及方案
電池安裝在具有不同間隔距離(0 mm、1 mm、3 mm、5 mm)的電池支架中，電池組被固定在一個具有固定開口的實(shí)驗(yàn)艙中，在1號電池的側(cè)面連接加熱裝置來主動觸發(fā)第一節(jié)電池?zé)崾Э兀褂媚透邷啬z帶將點(diǎn)型熱電偶固定于各個電池的底部中心測溫點(diǎn)，并在開口截面內(nèi)的不同高度放置三對K型熱電偶，以獲得平均排氣溫度。熱電偶的采樣頻率均為1次/s。實(shí)驗(yàn)平臺示意如圖1所示。
為了保持實(shí)驗(yàn)的一致性，實(shí)驗(yàn)通過給聚酰亞胺加熱片外接直流穩(wěn)壓電源，將加熱片功率調(diào)整為40 W，使實(shí)驗(yàn)過程中只有SOC及電池間距作為變量，通過數(shù)據(jù)記錄儀實(shí)時記錄實(shí)驗(yàn)過程中電池底部溫度及電池組排氣溫度，實(shí)驗(yàn)工況如表2所示，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可重復(fù)性，每種實(shí)驗(yàn)工況均進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
2 結(jié)果與討論
2.1 鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑ミ^程分析
◎一個醫(yī)院，甚至任何一項(xiàng)事業(yè)，沒有明確的目標(biāo)，就沒有方向、沒有未來；沒有良好的戰(zhàn)略規(guī)劃，就無法面對危機(jī)、突破瓶頸，無法抓住機(jī)遇、謀求發(fā)展，立于不敗之地！
由圖4可知，在主動觸發(fā)第一節(jié)電池?zé)崾Э刂螅? mm 和5 mm 的電池模組均發(fā)生了熱失控傳播情況，由于3 mm間距電池組沒有達(dá)到觸發(fā)熱失控傳播所需的溫度，只有第一階段。
九條“高壓線”遲恒條條碰，說是碰，又像是在上面走鋼絲，平衡功夫似乎不錯，因?yàn)槠駷橹?，被他捅到的那些部門，只有來求情的，沒有來問罪的，至少說明一點(diǎn)，也是很重要的一點(diǎn)，此人穩(wěn)重。
當(dāng)電池組處于同一SOC時，不同的電池排列，熱失控傳播的方式也不相同，圖4為不同排列下電池?zé)崾Э剡^程溫度對比。
由圖2可知，在主動觸發(fā)第一節(jié)電池?zé)崾Э刂螅?0%和100%SOC的電池模組均發(fā)生了熱失控傳播情況，而50%SOC 的電池模組沒有發(fā)生熱失控傳播。通過對鋰離子電池在不同SOC 狀態(tài)下的熱失控實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池SOC 小于50%時，電池因熱濫用發(fā)生熱失控時，僅產(chǎn)生氣體，無火焰和爆炸，當(dāng)SOC 大于50%時，隨著荷電狀態(tài)的提高，負(fù)極嵌鋰量增加，電池發(fā)生熱失控時正極材料被氧化成高活性物質(zhì)，電池?zé)岱€(wěn)定性降低，電池內(nèi)部材料發(fā)生劇烈飛濺，電池溫度急劇升高，模組中電池在高SOC的狀態(tài)下達(dá)到熱失控所需要的熱量更少，而釋放的熱量更多。100%和70%SOC電池組熱失控后電池外形及排氣對比見圖3，荷電狀態(tài)為70%的電池組熱失控行為比較劇烈，部分安全閥出現(xiàn)破損，電池組熱失控會產(chǎn)生大量的煙氣。100%荷電狀態(tài)的電池組熱失控最為劇烈，安全閥隨電池內(nèi)部物質(zhì)在熱失控時噴出電池，電池組熱失控產(chǎn)生大量的煙氣，并且煙氣發(fā)生了燃燒現(xiàn)象。
在農(nóng)村地籍調(diào)查實(shí)際工作中，存在土地坐落、房屋坐落和通訊地址3個需要填寫地址的字段，作業(yè)人員有時會誤把身份證件上的地址填寫為土地坐落和房屋坐落的位置。如身份證件上的地址為天河區(qū)，宗地和房屋卻在從化區(qū)的情況。通過土地和房屋坐落檢測功能，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的檢查出類似錯誤，并導(dǎo)出為Excel表。
2.2 SOC對熱失控傳播的影響
1號電池?zé)崾Э販囟?、傳播到第二?jié)電池時間、熱失控從第二層傳播到第三層時間、電池組熱失控最高溫度、熱失控傳播結(jié)束時間如表3所示。
由表3 可知，在1 號電池主動觸發(fā)熱失控后，100%SOC電池組中熱失控傳播至模組中最后一節(jié)電池的時間比70%SOC 電池組的傳播時間少204 s、100%SOC電池組熱失控傳播到第二節(jié)電池時間比70%SOC 電池組少112 s、100%SOC 電池組熱失控從第二層傳播到第三層時間比70%SOC 電池組少8 s、100%SOC 電池組熱失控的最高溫度比70%SOC電池組高165.66 ℃，而50%SOC電池組只有1 號電池?zé)崾Э?，熱失控并未在電池組內(nèi)傳播，在高溫下，電極材料分解釋放氧氣，氧氣進(jìn)一步與電解質(zhì)反應(yīng)，導(dǎo)致大量的熱量產(chǎn)生。在熱失控過程中，高SOC 電池會產(chǎn)生更多的氧氣，引發(fā)更劇烈的反應(yīng)和產(chǎn)熱。表明隨著模組中電池SOC 的增加，電池?zé)崾Э貍鞑サ乃俣葘⒓涌?，電池組熱失控所產(chǎn)生的溫度也更高，鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)過程中向空氣中釋放氣體的高溫持續(xù)時間也不斷增加，電池組熱失控后釋放煙氣形成高溫能量來源主要有2個：①電池自身內(nèi)部可燃材料和電解液等劇烈反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量；②電池?zé)崾Э睾螽a(chǎn)生的熱解氣體及物質(zhì)釋放到大氣環(huán)境中后發(fā)生二次燃燒反應(yīng)釋放出大量熱量。而隨著電池組中電池SOC的增加，電池組熱失控排放的氣體溫度也更高。熱失控在電池組內(nèi)傳播時，通常以層傳層的形式傳播，2、4號電池為第一層，3、5、7號電池為第二層，6、8號電池為第三層，9號電池為第四層，由圖2及圖4可知，熱失控在每一層之間傳遞時，熱失控在每一層的傳遞過程中都會使熱量累積，導(dǎo)致熱失控在每一層間的傳播速度都會迅速增加。
內(nèi)外嚙合單排行星機(jī)構(gòu)有3個可以獨(dú)立轉(zhuǎn)動的構(gòu)件,要先確定其中兩個構(gòu)件的轉(zhuǎn)速,才能確定第3個構(gòu)件的轉(zhuǎn)速.一般采用“機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化法”研究行星機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的轉(zhuǎn)速關(guān)系[3].對整個行星機(jī)構(gòu)施加一個與行星架轉(zhuǎn)速大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)速-ωH,考察行星機(jī)構(gòu)各構(gòu)件絕對轉(zhuǎn)速的關(guān)系.此時,行星機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一個將行星架固定的太陽輪與齒圈之間的定軸輪系,對于單星內(nèi)外嚙合單排行星機(jī)構(gòu)有
2.3 橫向間距對熱失控傳播的影響
由表4 可知，在100%SOC 條件下，方案3 中電池組中熱失控傳播至模組中最后一節(jié)電池的時間比方案4 中電池組的傳播時間少173 s、熱失控傳播到第二節(jié)電池時間少169 s、方案3 中電池組最高溫度比方案4中電池組最高溫度高112.88 ℃，方案3中電池組熱失控從第二層傳播到第三層時間比方案4 快14 s，而方案5 中電池組只有1 號電池?zé)崾Э?，熱失控并未在電池組內(nèi)傳播，表明隨著模組中電池橫向間距的增加，電池?zé)崾Э貍鞑サ乃俣葘p緩，電池組熱失控所產(chǎn)生的溫度也將降低。通過對比方案4、方案5 和方案6 中的電池排列和熱失控傳播情況可以得出，雖然方案6的電池組中最外層電池與內(nèi)部電池有5 mm 的間隔，但是在1 號電池?zé)崾Э刂螅c其相鄰的兩節(jié)電池和對角線電池也相繼發(fā)生了熱失控，且熱失控從第二層傳播到第三層時間也更快，導(dǎo)致3、6、7、8 號電池也可以獲得足夠的熱量至熱失控。
電池組的失控傳播主要可以分為三個階段，第一階段為1 號電池的加熱階段，在這一過程中，1 號電池的表面溫度在加熱片的作用下穩(wěn)定上升，模組中其他電池的表面溫度也在此階段緩慢上升；第二階段為熱失控的傳播階段，1 號電池?zé)崾Э睾?，產(chǎn)生大量的熱量，當(dāng)相鄰電池從熱失控電池獲得足夠熱量后，會發(fā)生熱失控的傳播；第三階段為熄滅階段，電池組的熱失控傳播結(jié)束，釋放的霧氣變少、火焰逐漸減弱并最終熄滅。在電池的安全閥打開之后，電池溫度開始稍微降低，然后繼續(xù)增加，所以將電池溫度導(dǎo)數(shù)首次降到零以下的時間定義為安全閥打開的起始時間，前幾個電池經(jīng)歷熱失控后，模組中的其余電池開始迅速地經(jīng)歷熱失控，此時，單個電池的安全排氣在電池溫度趨勢中變得難以區(qū)分，因?yàn)樗鼈兣c熱失控發(fā)生在同一時間，同時電池?zé)崾Э剡^程中的噴射物會使周圍電池溫度突然升高而后降低，但此時電池還未熱失控，本工作對熱失控的開始時間定義為：在電池溫度持續(xù)上升的過程中，溫升速率首次大于18 K/s的前1 s，18 K/s是溫度突然急劇上升的最小值。含有不同SOC電池模組的實(shí)驗(yàn)將1號電池作為引發(fā)后續(xù)電池?zé)崾Э氐臒嵩矗山佑|電池底部中心測溫點(diǎn)的熱電偶測量得到實(shí)時的溫度變化曲線及實(shí)驗(yàn)艙側(cè)邊的三只熱電偶所求得的平均排氣溫度曲線，如圖2所示。
在1號電池安全閥開啟后，大量可燃?xì)怏w在整個空間擴(kuò)散，當(dāng)電池處于熱失控狀態(tài)時，電池的高溫表面火焰或高溫顆粒將其點(diǎn)燃，導(dǎo)致氣體爆炸?？扇?xì)怏w劇烈反應(yīng)，釋放大量熱量，并加熱電池組。由于電池之間具有間隔，電池間的間距隔斷了電池殼體間的熱傳導(dǎo)，只能通過熱輻射和熱對流來獲得熱量，電池間的熱失控傳播呈現(xiàn)出類似的變化趨勢，熱失控首先都會發(fā)生在與1號電池臨近的兩節(jié)電池之間，之后熱失控會依次向下一層擴(kuò)散，速度也將加快，直至整個電池組發(fā)生熱失控。對于一個鋰離子電池模組，有三種不同的傳熱相對位置：與熱失控電池相鄰的位置、熱失控電池對角線位置和其他位置。對于對角線和相鄰位置，電池通過導(dǎo)熱、輻射、對流三種傳熱途徑從熱失控電池中獲取熱量。對于其他位置，電池僅通過導(dǎo)熱和對流從熱失控電池接收熱量。由于5 mm間距電池組排列的特殊性，此處定義2、4、5 號電池為第一層，3、6、7、8號電池作為第二層。不同橫向間距電池組典型溫度情況如表4所示。
3 結(jié) 論
本文基于外部加熱條件下引發(fā)電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)研究了鈷酸鋰電池在不同SOC 和不同排列條件下的熱失控傳播特性，研究結(jié)果表明：
（1）在相同外熱功率的條件下，電池組中電池SOC 直接影響其熱失控的傳播行為。隨著模組中電池SOC 的增加，電池?zé)崾Э貍鞑サ乃俣雀欤?00%SOC 電池組中熱失控傳播時間比70%SOC電池組熱失控傳播時間少204 s，100%SOC 電池組熱失控最高溫度比70%SOC 電池組熱失控最高溫度高出135.66 ℃，電池?zé)崾Э胤磻?yīng)過程中向空氣中釋放氣體的高溫持續(xù)時間也不斷增加，但是當(dāng)電池SOC 低于50%時，熱失控不會在電池模組中傳播。
（2）在100%荷電狀態(tài)下，電池橫向間距越大，熱失控傳播速度越慢，0 間隔的電池組熱失控傳播時間比1 mm間隔電池組的熱失控傳播時間少172 s，0間隔的電池組熱失控最高溫度比1 mm間隔電池組熱失控最高溫度高出112.88 ℃，當(dāng)電池橫向間距達(dá)到3 mm 時，熱失控不會在電池間傳播。
評估機(jī)構(gòu)的合伙人或者股東為兩名的，兩名合伙人或者股東都應(yīng)當(dāng)是具有三年以上從業(yè)經(jīng)歷且最近三年內(nèi)未受停止從業(yè)處罰的評估師。
（3）電池?zé)崾Э氐膫鞑ジ怕逝c熱量積累有關(guān)，切斷或降低第一節(jié)熱失控電池對其他電池的影響，可以有效抑制熱失控的傳播。
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鋰離子因具有能量密度高、循環(huán)使用壽命長以及記憶效應(yīng)小等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到各大移動終端設(shè)備和電動汽車上
。鋰離子電池是封閉式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部材料大多易燃。當(dāng)電池與外部高溫?zé)嵩唇佑|時，熱量會通過熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射傳遞到電池中，從而提高電池的溫度。當(dāng)電池的溫度達(dá)到內(nèi)部材料反應(yīng)的臨界溫度時，就會出現(xiàn)自發(fā)熱現(xiàn)象，這將加速電池的溫升，最終導(dǎo)致電池的熱失控
。在實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足功率的需求，總是有大量的單個電池連接起來形成模塊。因此，如果模塊中的單個電池發(fā)生熱失控引起的高溫和燃燒現(xiàn)象可能導(dǎo)致相鄰的電池發(fā)生熱失控，并最終導(dǎo)致所有電池發(fā)生熱失控
，從而造成災(zāi)難性的事故
。因此，對成組的鋰離子電池?zé)岚踩赃M(jìn)行研究十分必要。
鋰離子電池的熱失控通常由熱濫用
、電濫用
、機(jī)械濫用
引起。無論熱失控的原因是什么，最初溫度的升高都會觸發(fā)電池電極和電解液之間的化學(xué)反應(yīng)，形成氣體并增加內(nèi)部壓力
。隨著電池溫度的不斷升高，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率也不斷增加，從而產(chǎn)生快速的自熱
。這種循環(huán)加熱反饋回路最終導(dǎo)致電池達(dá)到熱失控階段，產(chǎn)生大量的熱量
。當(dāng)電池間熱量積累達(dá)到一定程度時，熱失控就會發(fā)生傳播。針對鋰離子電池?zé)崾Э氐膫鞑ヌ匦?，已有學(xué)者進(jìn)行相關(guān)的研究。張青松等
研究了鋰離子電池?zé)崾Э氐亩嗝字Z效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)包裝中一節(jié)電池的熱失控產(chǎn)生的熱量可能導(dǎo)致包裝中其他電池的熱失控。Feng 等
研究了釘子穿透誘導(dǎo)電池?zé)崾Э貢r的溫度、電壓和傳熱響應(yīng)。結(jié)果表明，穿透誘導(dǎo)熱失控傳播試驗(yàn)的起始溫度更低，熱失控觸發(fā)時間更短，且電池殼體傳熱在整個傳熱過程中起主導(dǎo)作用。Lamb 等
研究了電池形態(tài)和電連通性對熱失控傳播的影響。結(jié)果表明，與圓柱形電池相比，袋裝電池有更大接觸面積導(dǎo)熱，更容易發(fā)生熱失控的傳播，且并聯(lián)電氣結(jié)構(gòu)比串聯(lián)電氣結(jié)構(gòu)傳播故障更快、更頻繁。胡棋威
研究了封閉絕熱體系下鋰離子電池的熱失控傳播特性，發(fā)現(xiàn)相比開放體系，封閉絕熱體系可以有效延緩鋰離子電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生時間，并降低鋰離子熱失控時釋放的能量。Gao等
對多模塊電池組中模塊間熱失控傳播進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，熱失控傳播首先發(fā)生在帶有觸發(fā)單元的蓄電池模塊中，傳播速度非常慢，其次是熱失控傳播將擴(kuò)展到相鄰模塊，傳播速度加快，最后，當(dāng)熱失控在整個組件中傳播時，傳播速度急劇加快，其中大量能量很快被消耗釋放。目前，研究人員對鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑ヌ匦缘难芯恐饕性诓煌姵匦螒B(tài)和不同觸發(fā)方式上，對不同SOC 及不同排列下鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑ヌ匦缘难芯枯^少。研究不同SOC 及不同排列條件對鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑ヌ匦缘挠绊?，對?yōu)化電池布置、防止和控制電池?zé)崾Э貍鞑ゾ哂休^高的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價值。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 電池樣品
本研究采用商業(yè)應(yīng)用廣泛的18650型鋰離子電池，電池基本信息如表1所示。電池使用CT2001B型測試系統(tǒng)進(jìn)行充放電工作。電池充電的步驟如下：①恒流充電，電流為520 mA，直到電壓至4.2 V；②恒壓充電，直到充電電流低于130 mA，此時電池為100%SOC。然后將電池以130 mA 恒定電流放電到所需的SOC。最后，將充電后的電池置于溫度為24 ℃的恒溫箱中持續(xù)24 h，以保證電池的穩(wěn)定性。
1.2 實(shí)驗(yàn)平臺及方案
電池安裝在具有不同間隔距離(0 mm、1 mm、3 mm、5 mm)的電池支架中，電池組被固定在一個具有固定開口的實(shí)驗(yàn)艙中，在1號電池的側(cè)面連接加熱裝置來主動觸發(fā)第一節(jié)電池?zé)崾Э兀褂媚透邷啬z帶將點(diǎn)型熱電偶固定于各個電池的底部中心測溫點(diǎn)，并在開口截面內(nèi)的不同高度放置三對K型熱電偶，以獲得平均排氣溫度。熱電偶的采樣頻率均為1次/s。實(shí)驗(yàn)平臺示意如圖1所示。
為了保持實(shí)驗(yàn)的一致性，實(shí)驗(yàn)通過給聚酰亞胺加熱片外接直流穩(wěn)壓電源，將加熱片功率調(diào)整為40 W，使實(shí)驗(yàn)過程中只有SOC及電池間距作為變量，通過數(shù)據(jù)記錄儀實(shí)時記錄實(shí)驗(yàn)過程中電池底部溫度及電池組排氣溫度，實(shí)驗(yàn)工況如表2所示，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可重復(fù)性，每種實(shí)驗(yàn)工況均進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
2 結(jié)果與討論
2.1 鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑ミ^程分析
◎一個醫(yī)院，甚至任何一項(xiàng)事業(yè)，沒有明確的目標(biāo)，就沒有方向、沒有未來；沒有良好的戰(zhàn)略規(guī)劃，就無法面對危機(jī)、突破瓶頸，無法抓住機(jī)遇、謀求發(fā)展，立于不敗之地！
由圖4可知，在主動觸發(fā)第一節(jié)電池?zé)崾Э刂螅? mm 和5 mm 的電池模組均發(fā)生了熱失控傳播情況，由于3 mm間距電池組沒有達(dá)到觸發(fā)熱失控傳播所需的溫度，只有第一階段。
九條“高壓線”遲恒條條碰，說是碰，又像是在上面走鋼絲，平衡功夫似乎不錯，因?yàn)槠駷橹?，被他捅到的那些部門，只有來求情的，沒有來問罪的，至少說明一點(diǎn)，也是很重要的一點(diǎn)，此人穩(wěn)重。
當(dāng)電池組處于同一SOC時，不同的電池排列，熱失控傳播的方式也不相同，圖4為不同排列下電池?zé)崾Э剡^程溫度對比。
由圖2可知，在主動觸發(fā)第一節(jié)電池?zé)崾Э刂螅?0%和100%SOC的電池模組均發(fā)生了熱失控傳播情況，而50%SOC 的電池模組沒有發(fā)生熱失控傳播。通過對鋰離子電池在不同SOC 狀態(tài)下的熱失控實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池SOC 小于50%時，電池因熱濫用發(fā)生熱失控時，僅產(chǎn)生氣體，無火焰和爆炸，當(dāng)SOC 大于50%時，隨著荷電狀態(tài)的提高，負(fù)極嵌鋰量增加，電池發(fā)生熱失控時正極材料被氧化成高活性物質(zhì)，電池?zé)岱€(wěn)定性降低，電池內(nèi)部材料發(fā)生劇烈飛濺，電池溫度急劇升高，模組中電池在高SOC的狀態(tài)下達(dá)到熱失控所需要的熱量更少，而釋放的熱量更多。100%和70%SOC電池組熱失控后電池外形及排氣對比見圖3，荷電狀態(tài)為70%的電池組熱失控行為比較劇烈，部分安全閥出現(xiàn)破損，電池組熱失控會產(chǎn)生大量的煙氣。100%荷電狀態(tài)的電池組熱失控最為劇烈，安全閥隨電池內(nèi)部物質(zhì)在熱失控時噴出電池，電池組熱失控產(chǎn)生大量的煙氣，并且煙氣發(fā)生了燃燒現(xiàn)象。
在農(nóng)村地籍調(diào)查實(shí)際工作中，存在土地坐落、房屋坐落和通訊地址3個需要填寫地址的字段，作業(yè)人員有時會誤把身份證件上的地址填寫為土地坐落和房屋坐落的位置。如身份證件上的地址為天河區(qū)，宗地和房屋卻在從化區(qū)的情況。通過土地和房屋坐落檢測功能，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的檢查出類似錯誤，并導(dǎo)出為Excel表。
2.2 SOC對熱失控傳播的影響
1號電池?zé)崾Э販囟?、傳播到第二?jié)電池時間、熱失控從第二層傳播到第三層時間、電池組熱失控最高溫度、熱失控傳播結(jié)束時間如表3所示。
由表3 可知，在1 號電池主動觸發(fā)熱失控后，100%SOC電池組中熱失控傳播至模組中最后一節(jié)電池的時間比70%SOC 電池組的傳播時間少204 s、100%SOC電池組熱失控傳播到第二節(jié)電池時間比70%SOC 電池組少112 s、100%SOC 電池組熱失控從第二層傳播到第三層時間比70%SOC 電池組少8 s、100%SOC 電池組熱失控的最高溫度比70%SOC電池組高165.66 ℃，而50%SOC電池組只有1 號電池?zé)崾Э?，熱失控并未在電池組內(nèi)傳播，在高溫下，電極材料分解釋放氧氣，氧氣進(jìn)一步與電解質(zhì)反應(yīng)，導(dǎo)致大量的熱量產(chǎn)生。在熱失控過程中，高SOC 電池會產(chǎn)生更多的氧氣，引發(fā)更劇烈的反應(yīng)和產(chǎn)熱。表明隨著模組中電池SOC 的增加，電池?zé)崾Э貍鞑サ乃俣葘⒓涌?，電池組熱失控所產(chǎn)生的溫度也更高，鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)過程中向空氣中釋放氣體的高溫持續(xù)時間也不斷增加，電池組熱失控后釋放煙氣形成高溫能量來源主要有2個：①電池自身內(nèi)部可燃材料和電解液等劇烈反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量；②電池?zé)崾Э睾螽a(chǎn)生的熱解氣體及物質(zhì)釋放到大氣環(huán)境中后發(fā)生二次燃燒反應(yīng)釋放出大量熱量。而隨著電池組中電池SOC的增加，電池組熱失控排放的氣體溫度也更高。熱失控在電池組內(nèi)傳播時，通常以層傳層的形式傳播，2、4號電池為第一層，3、5、7號電池為第二層，6、8號電池為第三層，9號電池為第四層，由圖2及圖4可知，熱失控在每一層之間傳遞時，熱失控在每一層的傳遞過程中都會使熱量累積，導(dǎo)致熱失控在每一層間的傳播速度都會迅速增加。
內(nèi)外嚙合單排行星機(jī)構(gòu)有3個可以獨(dú)立轉(zhuǎn)動的構(gòu)件,要先確定其中兩個構(gòu)件的轉(zhuǎn)速,才能確定第3個構(gòu)件的轉(zhuǎn)速.一般采用“機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化法”研究行星機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的轉(zhuǎn)速關(guān)系[3].對整個行星機(jī)構(gòu)施加一個與行星架轉(zhuǎn)速大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)速-ωH,考察行星機(jī)構(gòu)各構(gòu)件絕對轉(zhuǎn)速的關(guān)系.此時,行星機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一個將行星架固定的太陽輪與齒圈之間的定軸輪系,對于單星內(nèi)外嚙合單排行星機(jī)構(gòu)有
2.3 橫向間距對熱失控傳播的影響
由表4 可知，在100%SOC 條件下，方案3 中電池組中熱失控傳播至模組中最后一節(jié)電池的時間比方案4 中電池組的傳播時間少173 s、熱失控傳播到第二節(jié)電池時間少169 s、方案3 中電池組最高溫度比方案4中電池組最高溫度高112.88 ℃，方案3中電池組熱失控從第二層傳播到第三層時間比方案4 快14 s，而方案5 中電池組只有1 號電池?zé)崾Э?，熱失控并未在電池組內(nèi)傳播，表明隨著模組中電池橫向間距的增加，電池?zé)崾Э貍鞑サ乃俣葘p緩，電池組熱失控所產(chǎn)生的溫度也將降低。通過對比方案4、方案5 和方案6 中的電池排列和熱失控傳播情況可以得出，雖然方案6的電池組中最外層電池與內(nèi)部電池有5 mm 的間隔，但是在1 號電池?zé)崾Э刂螅c其相鄰的兩節(jié)電池和對角線電池也相繼發(fā)生了熱失控，且熱失控從第二層傳播到第三層時間也更快，導(dǎo)致3、6、7、8 號電池也可以獲得足夠的熱量至熱失控。
電池組的失控傳播主要可以分為三個階段，第一階段為1 號電池的加熱階段，在這一過程中，1 號電池的表面溫度在加熱片的作用下穩(wěn)定上升，模組中其他電池的表面溫度也在此階段緩慢上升；第二階段為熱失控的傳播階段，1 號電池?zé)崾Э睾?，產(chǎn)生大量的熱量，當(dāng)相鄰電池從熱失控電池獲得足夠熱量后，會發(fā)生熱失控的傳播；第三階段為熄滅階段，電池組的熱失控傳播結(jié)束，釋放的霧氣變少、火焰逐漸減弱并最終熄滅。在電池的安全閥打開之后，電池溫度開始稍微降低，然后繼續(xù)增加，所以將電池溫度導(dǎo)數(shù)首次降到零以下的時間定義為安全閥打開的起始時間，前幾個電池經(jīng)歷熱失控后，模組中的其余電池開始迅速地經(jīng)歷熱失控，此時，單個電池的安全排氣在電池溫度趨勢中變得難以區(qū)分，因?yàn)樗鼈兣c熱失控發(fā)生在同一時間，同時電池?zé)崾Э剡^程中的噴射物會使周圍電池溫度突然升高而后降低，但此時電池還未熱失控，本工作對熱失控的開始時間定義為：在電池溫度持續(xù)上升的過程中，溫升速率首次大于18 K/s的前1 s，18 K/s是溫度突然急劇上升的最小值。含有不同SOC電池模組的實(shí)驗(yàn)將1號電池作為引發(fā)后續(xù)電池?zé)崾Э氐臒嵩矗山佑|電池底部中心測溫點(diǎn)的熱電偶測量得到實(shí)時的溫度變化曲線及實(shí)驗(yàn)艙側(cè)邊的三只熱電偶所求得的平均排氣溫度曲線，如圖2所示。
在1號電池安全閥開啟后，大量可燃?xì)怏w在整個空間擴(kuò)散，當(dāng)電池處于熱失控狀態(tài)時，電池的高溫表面火焰或高溫顆粒將其點(diǎn)燃，導(dǎo)致氣體爆炸?？扇?xì)怏w劇烈反應(yīng)，釋放大量熱量，并加熱電池組。由于電池之間具有間隔，電池間的間距隔斷了電池殼體間的熱傳導(dǎo)，只能通過熱輻射和熱對流來獲得熱量，電池間的熱失控傳播呈現(xiàn)出類似的變化趨勢，熱失控首先都會發(fā)生在與1號電池臨近的兩節(jié)電池之間，之后熱失控會依次向下一層擴(kuò)散，速度也將加快，直至整個電池組發(fā)生熱失控。對于一個鋰離子電池模組，有三種不同的傳熱相對位置：與熱失控電池相鄰的位置、熱失控電池對角線位置和其他位置。對于對角線和相鄰位置，電池通過導(dǎo)熱、輻射、對流三種傳熱途徑從熱失控電池中獲取熱量。對于其他位置，電池僅通過導(dǎo)熱和對流從熱失控電池接收熱量。由于5 mm間距電池組排列的特殊性，此處定義2、4、5 號電池為第一層，3、6、7、8號電池作為第二層。不同橫向間距電池組典型溫度情況如表4所示。
3 結(jié) 論
本文基于外部加熱條件下引發(fā)電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)研究了鈷酸鋰電池在不同SOC 和不同排列條件下的熱失控傳播特性，研究結(jié)果表明：
（1）在相同外熱功率的條件下，電池組中電池SOC 直接影響其熱失控的傳播行為。隨著模組中電池SOC 的增加，電池?zé)崾Э貍鞑サ乃俣雀欤?00%SOC 電池組中熱失控傳播時間比70%SOC電池組熱失控傳播時間少204 s，100%SOC 電池組熱失控最高溫度比70%SOC 電池組熱失控最高溫度高出135.66 ℃，電池?zé)崾Э胤磻?yīng)過程中向空氣中釋放氣體的高溫持續(xù)時間也不斷增加，但是當(dāng)電池SOC 低于50%時，熱失控不會在電池模組中傳播。
（2）在100%荷電狀態(tài)下，電池橫向間距越大，熱失控傳播速度越慢，0 間隔的電池組熱失控傳播時間比1 mm間隔電池組的熱失控傳播時間少172 s，0間隔的電池組熱失控最高溫度比1 mm間隔電池組熱失控最高溫度高出112.88 ℃，當(dāng)電池橫向間距達(dá)到3 mm 時，熱失控不會在電池間傳播。
評估機(jī)構(gòu)的合伙人或者股東為兩名的，兩名合伙人或者股東都應(yīng)當(dāng)是具有三年以上從業(yè)經(jīng)歷且最近三年內(nèi)未受停止從業(yè)處罰的評估師。
（3）電池?zé)崾Э氐膫鞑ジ怕逝c熱量積累有關(guān)，切斷或降低第一節(jié)熱失控電池對其他電池的影響，可以有效抑制熱失控的傳播。
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