Farklı SOC'lerde Lityum Demir Fosfat Batarya Paketinin Termal Kaçak Yayılım Özellikleri Üzerine Çalışma

Özet

Çalışma, şarj durumunun (SOC) LFP batarya paketinde termal kaçağın nasıl yayıldığını nasıl değiştirdiğini soruyor. Her biri yaklaşık 917 g olan üç adet 42 Ah prizmatik LFP hücre sıra halinde yerleştirildi ve hücre 1'e karşı 1500 W'lık bakır ısıtma plakası konuldu; sıcaklıklar, ısınma hızları, kütle kaybı ve tahliye davranışı %100, %50 ve %0 SOC'de kaydedildi.

%100 SOC'de ilk emniyet valfi 1791 s ısıtmadan sonra, plaka 265 °C'deyken yırtıldı ve kaçak yaklaşık 6 s sonra başladı. Kaçak aralığı hücre 1'den hücre 2'ye 7 s, hücre 2'den hücre 3'e 37 s idi. %50 SOC ile karşılaştırıldığında %100 SOC'de hücre 1→2 aralığı %71,4, hücre 2→3 aralığı %87,2 daha kısaydı. %100 SOC'de kaçaktaki komşu, hücre 2'nin emdiği ısının %71,6'sını, hücre 3'ün emdiğinin %89,9'unu sağladı (%50 SOC'de %68,6 ve %77,9); yani aşağı akış hücrelerini kaçağa iten ısının çoğu dış ısıtıcıdan değil kaçaktaki komşudan geldi.

%100 SOC paketi emniyet valfi yırtıldığında kıvılcım püskürttü; %50 ve %0 SOC paketleri yalnızca duman üretti ve %0 SOC paketinin genel sıcaklık artış hızı 1 °C/s'nin altında kaldı. Aynı SOC'de hücre 1 ve 2'nin kaçak davranışı hücre 3'ten daha şiddetliydi; maksimum sıcaklık, sıcaklık artış hızı ve kütle değişim hızı hücre 1 > hücre 2 > hücre 3 idi.

Sınırlar: tek hücre tipi, yalnızca üç hücre ve tek yönlü bir ısıtma plakası konfigürasyonu; gerçek modüllerdeki ısıl bariyerler, soğutma ve daha büyük hücre dizilimleri incelenmedi. Sonuç, SOC arttıkça paket yangın ve patlama riskinin arttığı ve ısı kaynağına yakınlıkla kaçağın şiddetlendiği.

Öne çıkan noktalar

1. Test hücreleri yaklaşık 917 g'lık 42 Ah prizmatik LFP hücrelerdi; üç hücre sıra halinde, hücre 1'e karşı 1500 W'lık bakır ısıtma plakasıyla yerleştirildi.
2. %100 SOC'de ilk emniyet valfi 1791 s ısıtmadan sonra, plaka 265 °C'deyken yırtıldı ve kaçak yaklaşık 6 s sonra izledi.
3. %100 SOC'de kaçak aralığı hücre 1'den 2'ye 7 s, hücre 2'den 3'e 37 s idi.
4. %50 SOC ile karşılaştırıldığında %100 SOC'de hücre 1→2 aralığı %71,4, hücre 2→3 aralığı %87,2 daha kısaydı.
5. %100 SOC'de kaçaktaki komşu hücre 2'nin emdiği ısının %71,6'sını, hücre 3'ün emdiğinin %89,9'unu sağladı (%50 SOC'de %68,6 ve %77,9).
6. %100 SOC paketi emniyet valfi yırtıldığında kıvılcım püskürttü; %50 ve %0 SOC paketleri yalnızca duman üretti ve %0 SOC paketinin genel sıcaklık artış hızı 1 °C/s'nin altında kaldı.

Tasarımda kullanımı

• Batarya modüllerinde hücreler arası ısıl bariyer tasarımında kaçaktaki komşunun isıl katkısını (%70-90) esas alın; dış ısı kaynağı değil komşu hücre yayılımı sürüyor.
• Depolama sistemlerinde SOC sınırını (ör. depolama veya bakım sırasında düşük SOC) yayılım riskini azaltan bir işletme kontrolü olarak değerlendirin; %0 SOC'de sıcaklık artış hızı 1 °C/s'nin altında kaldı.
• Yüksek SOC'de kıvılcım püskürmesini yangın ve patlama koruma tasarımında (tahliye yönü, yanıcı malzeme mesafesi) dikkate alın.

Kimler okumalı

LFP batarya paketi, UPS bataryası ve BESS güvenliği ile termal kaçak yayılımı değerlendiren mühendisler.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Deney (2.1 Batarya, 2.2 Deney düzeneği ve batarya modüllerinin tanımı, 2.3 Deney kurulumu)
3. 3. Sonuçlar ve tartışma (sıcaklık ve emniyet valfi karşılaştırmaları, 3.2 TR ve yayılımının kütle analizi, 3.3 LFP batarya TR davranış analizi)
4. 4. Sonuçlar

İlgili standartlar

• UL 9540A
• NFPA 855

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Minghao Zhu; Jiajie Yao; Feiyu Qian; Weiyi Luo; Yin Chen; Luyao Zhao; Mingyi Chen

Yayıncı

Electronics (MDPI AG)

Yıl

2022

Cilt

12

Sayı

1

Sayfalar

200

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/electronics12010200

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye