航空动力锂离子电池热失控行为与气体燃爆危险性研究进展

杨娟; 牛江昊; 魏陟珣; 胡佳宁; 包防卫; 张青松

doi:10.11883/bzycj-2024-0175

航空动力锂离子电池热失控行为与气体燃爆危险性研究进展

doi: 10.11883/bzycj-2024-0175

杨娟^{1, 2,},
牛江昊³,
魏陟珣³,
胡佳宁³,
包防卫³,
张青松^{1, 3, ,}

1.
中国民航大学天津市城市空中交通系统技术与装备重点实验室，天津 300300
2.
中国民航大学工程技术训练中心，天津 300300
3.
中国民航大学安全科学与工程学院，天津 300300

基金项目: 国家自然科学基金（U2033204）；深圳市科技计划（KJZD20240903100707011）；天津市城市空中交通系统技术与装备重点实验室开放基金（TJKL-UAM-202302）；中央高校基本科研业务费专项资金（3122023025）

详细信息

作者简介:
杨　娟（1983－　），女，硕士，副教授，haishi_yj11@126.com

通讯作者:
张青松（1977－　），男，博士，教授，nkzqsong@126.com

中图分类号: O383
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出版历程
- 收稿日期: 2024-06-11
- 修回日期: 2024-10-16
- 网络出版日期: 2024-10-18
- 刊出日期: 2025-02-01

Research progress of thermal runaway and gas explosion hazard of lithium-ion batteries for aviation propulsion

1.
Key Laboratory of Technology and Equipment of Tianjin Urban Air Transportation System, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China
2.
Engineering Techniques Training Center, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China
3.
College of Safety Science and Engineering, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China

摘要

摘要: 动力锂离子电池的安全问题是制约电动航空器运行与适航取证的技术瓶颈问题，影响全球电动航空的发展。由锂离子电池热失控引发的燃烧、爆炸等失效事件会造成机毁人亡的灾难性后果。旨在为相关研究人员介绍锂离子电池热失控爆炸特性的研究现状，从锂离子电池热失控燃爆行为、热失控气体爆炸极限和热失控气体爆炸危险性评估3个方面进行阐述：在锂离子电池热失控燃爆行为方面，介绍了锂离子电池热失控发展过程，分析了热失控冲击特征参数测定方法，总结了热射流演变机制及射流火焰的模拟仿真与实验方法；针对热失控气体的爆炸极限，对比国内外气体爆炸极限测试标准，总结了热失控气体爆炸极限理论计算方法，并介绍了原位检测爆炸极限的创新方法；在热失控气体爆炸危险性评估方面，介绍了老化锂离子电池危险性评估方法，以及爆炸危险性参数指标。提出未来的研究将侧重于先进诊断技术、增强电解质稳定性、多尺度建模、先进抑制技术以及建立标准化测试流程和技术法规等领域。
- 航空动力锂离子电池 /
- 热失控 /
- 气体燃爆 /
- 爆炸冲击
Abstract: The safety of propulsion lithium-ion batteries is a technical bottleneck to restrict the operation and airworthiness certification of electric aircraft and affects the development of electric aviation worldwide. Failure events such as combustion and explosion triggered by thermal runaway of lithium-ion batteries will cause catastrophic consequences of aircraft destruction and casualties. This paper aims to introduce the latest research status on the thermal runaway explosion characteristics of aircraft lithium-ion battery from three aspects, i.e., lithium-ion battery’s thermal runaway combustion and explosion behavior, the limit of thermal runaway gas explosion and the hazard assessment of thermal runaway and gas explosion. For lithium-ion battery thermal runaway and explosion behaviors, this paper introduced the lithium-ion battery thermal runaway development process, analyzed the determination of the characteristic parameters of the thermal runaway shock and summarized the evolution of the thermal jet mechanism as well as the associated simulation and experimental methods. For the limit of thermal runaway gas explosion, the national and international testing standards for the gas explosion limit were compared and the theoretical calculation of the explosion limit of thermal runaway gas are summarized together with the introduction of the in-situ detection method of the gas explosion limit. For the thermal runaway gas explosion risk assessment, a risk assessment method of ageing lithium-ion battery is introduced by innovatively combining CT non-destructive testing technology with explosion limit in-situ testing method, from which a severity factor of gas explosion hazard is obtained. Based on the characteristics of lithium-ion battery’s thermal runaway gas explosion limit and pressure rise rate, the factors of explosion risk and severity are obtained together with the formula for the calculation of explosion risk and severity. This study shows that future research will focus on areas such as advanced diagnostic techniques, enhanced electrolyte stability, multi-scale modelling, advanced inhibition techniques, and the establishment of standardized testing processes and safety regulations. It proposes that future research should focus on areas such as advanced diagnostic techniques, enhanced electrolyte stability, multi-scale modeling, advanced inhibition techniques and the establishment of standardized test procedures and technical regulations.
- lithium-ion batteries for aviation propulsion /
- thermal runaway /
- gas explosion /
- explosive shock

HTML全文

20世纪以来，工程爆破已深入到国民经济建设的各个领域，工程爆破是完成人力和机械力所不能胜任的一种非同寻常的施工方法。但是爆破引起的振动是最突出的爆破公害之一，所以进行爆破振动的安全评价是实现对它的准确预报、有效控制和安全实施爆破的迫切需要。爆破引起的质点振动速度峰值，常用萨道夫斯基公式进行计算，但是爆破引起的岩土质点振速实际峰值v往往随机性比较大，它与Q^1/3/R的关系并不是一般意义上的“函数关系”，v与Q^1/3/R的关系是“随机变量”的“相关关系”。其原因是，岩土是经过漫长地质年代形成的地质体，其内部包含大量的裂隙，这些裂隙相当复杂，造成岩石内部的不连续和不均质性，从爆破测振用回归分析计算K、α，也说明了这一点。

饶运章等^[1]利用SPSS(statistical product and service solutions)软件进行了爆破振速衰减规律计算；胡建华等^[2]利用多元线性回归方法，分析了单孔爆破条件下的振动衰减规律；卢文波等^[3]基于柱面波理论、长柱状装药中的子波理论以及短柱药包的应力波场Heelan解的分析，推导了岩石爆破中质点峰值振动速度的衰减公式，对现有的公式进行了改进；言志信等^[4]探讨了爆破振动峰值速度预报的公式法和Fourmap法，特别地还尝试了利用人工神经网络预报了爆破振动峰值速度；高振儒等^[5]对测试数据用不同的置信度进行拟合，确定系数K、α，用安全系数对回归式预报爆破振动强度的安全性进行评估；吕涛等^[6]通过线性回归法和非线性回归法，得到萨道夫斯基公式和其修正公式，研究爆破振动衰减规律。上述研究基本解决了各类爆破振动衰减公式的求解问题，即对萨道夫斯基公式中K、α的确定，但对质点振速实际峰值v与Q^1/3/R的关系是“随机变量”的“相关关系”的特性并没有研究。

本文中，基于概率论中的正态分布对“随机变量”爆破振速峰值v和Q^1/3/R的“相关关系”特性进行分析，利用随机变量v的分布函数提出爆破振动安全评价的方法，给出安全炸药量的计算方法，并通过案例进行验证^[7-8]。

1. 随机变量v的分布函数

由于萨道夫斯基公式所表达的是v与Q^1/3/R的函数关系，即对于给定的Q^1/3/R，通过该公式计算的v₀只是质点振速实际峰值v的期望值或估计值，实际值v_a落在v₀的附近，具体在v₀的多远处与概率有关，可以看作近似服从正态分布。通过分析可以看出，只计算出K、α，求出的v，可靠度是不高的，要获得更高的可靠度，必须得出随机变量v的分布函数，当然求解过程仍然离不开萨道夫斯基公式。

1.1 线性回归法确定K、α

为了确定萨道夫斯基公式中的K、α，需要根据最小二乘法原理^[9]，对实测数据使用线性回归法进行拟合。萨道夫斯基公式为：

$v = K{\left( {\frac{{{Q^{1/3}}}}{R}} \right)^\alpha } = k{\rho ^\alpha }$

(1)

式中:v为质点的最大振速(cm/s)；Q为单段最大炸药量(kg)；R为测点至爆源的距离(m)；K、α为与爆破点地形、地质等条件相关的系数和衰减指数；ρ为比例药量。

从式(1)可以看出，v与Q^1/3/R不是线性关系，为了便于回归分析，需处理成线性关系。对式(1)的两边取对数，得到：

$\ln v = \ln K + \alpha \ln \left( {\frac{{{Q^{1/3}}}}{R}} \right)$

(2)

设：

$\ln v = y, \;\;\;\;\;\;\;\ln k = {a_0}, \;\;\;\;\;\;\;\ln \left( {\frac{{{Q^{1/3}}}}{R}} \right) = x, \;\;\;\;\;\;\alpha = {a_1}$

(3)

则式(2)变成：

$y = {a_0} + {a_1}x$

(4)

式(4)是线性关系，根据最小二乘法原理以及实测数据，求常数a₀和a₁。那么其方程组为：

$\left\{ \begin{gathered} {a_0}\sum\limits_{i = 1}^m {{w_i}} + {a_1}\sum\limits_{i = 1}^m {{w_i}{x_i}} = \sum\limits_{i = 1}^m {{w_i}{y_i}} \hfill \\ {a_0}\sum\limits_{i = 1}^m {{w_i}{x_i}} + {a_1}\sum\limits_{i = 1}^m {{w_i}x_i^2} = \sum\limits_{i = 1}^m {{w_i}{x_i}{y_i}} \hfill \\ \end{gathered} \right.$

(5)

式中：m为现场爆破实验次数，w_i=1。通过方程组得到a₀、a₁，再根据式(3)的变量代换关系，可得：

$K = {{\text{e}}^{{a_0}}}, \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\alpha = {a_1}$

(6)

1.2 正态分布函数

随机变量ξ与任一实数x的关系式“ξ≤x”表示一个事件，即为{w|ξ(w)≤x}。其概率P(ξ≤x)与实数x有关，应为实数变量x的函数，称为随机变量的分布函数^[10]，记作F_ξ(x)：

${F_\xi }\left( x \right) = P\left( {\xi \leqslant x} \right)$

(7)

根据v与Q^1/3/R关系分析可以看出，对于任意给定的Q^1/3/R，实际值v_a会落在萨道夫斯基公式计算的v₀附近，偏离v₀越远，可能性越小，越靠近v₀，可能性越大。根据这个性质，可以近似视随机变量v服从正态分布N(μ，δ²)，μ指按最小二乘法曲线拟合公式的计算值，δ²指实际爆破振速峰值偏离拟合公式计算值的程度：

$\mu = v = K{\left( {\frac{{{Q^{1/3}}}}{R}} \right)^\alpha }$

(8)

${\sigma ^2} = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^m {{{\left( {{v_{{\text{mea, }}i}}-{v_{{\text{cal}}.i}}} \right)}^2}} }}{m}$

(9)

式中：v_mea为实际爆破振速峰值测量值；v_cal为通过最小二乘法拟合的萨道夫斯基公式计算的爆破振速峰值；m为现场爆破实验次数。所以随机变量v服从一个数学期望为μ、方差为σ²的正态分布，记作v~(μ, σ²)；相应的分布函数是：

$F\left( v \right) = \frac{1}{{\sqrt {2\pi } \sigma }}\int_{-\infty }^v {{{\text{e}}^{-\frac{{{{\left( {t-\mu } \right)}^2}}}{{2{\sigma ^2}}}}}{\text{d}}t}$

(10)

2. 爆破振动评价和安全炸药量计算

根据随机变量v的分布函数，可以计算振速小于目标设施安全振速的概率，也就是对目标设施在爆破过程中得到保护的情况进行评价，同时根据分布函数，可以推导目标设施满足一定可靠性条件的安全炸药量计算的概率公式。

2.1 振动评价

在概率论与数理统计中，称N(0, 1)为标准正态分布，其分布函数常记为：

$\mathit{\Phi} \left( x \right) = \frac{1}{{\sqrt {2\pi } }}\int_{-\infty }^x {{{\text{e}}^{-\frac{{{t^2}}}{2}}}{\text{d}}t}$

(11)

由于正态分布在概率理论与应用中特殊的重要地位，一般的概率统计著作往往都附有Φ(x)的函数表。而有关任何正态分布N(μ，σ²)的概率计算问题，常常需要借助这些数表来解决。事实上，根据式(11)，设ζ~N(μ，σ²)，在计算P(ξ < b)时，可作如下变换：

$\begin{gathered} P\left( {\xi < b} \right) = F\left( b \right) = \frac{1}{{\sqrt {2\pi } \sigma }}\int_{-\infty }^b {{{\text{e}}^{-\frac{{{{\left( {x-\mu } \right)}^2}}}{{2{\sigma ^2}}}}}{\text{d}}x} = \frac{1}{{\sqrt {2\pi } }}\int_{ - \infty }^b {{{\text{e}}^{ - \frac{{{{\left( {x - \mu } \right)}^2}}}{{2{\sigma ^2}}}}}{\text{d}}\left( {\frac{{x - \mu }}{\sigma }} \right)} \hfill \\ \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;=\frac{1}{{\sqrt {2\pi } }}\int_{ - \infty }^{\frac{{b - \mu }}{\sigma }} {{{\text{e}}^{ - \frac{{{t^2}}}{2}}}{\text{d}}t} = \mathit{\Phi} \left( {\frac{{b - \mu }}{\sigma }} \right)\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;t = \frac{{x - \mu }}{\sigma } \hfill \\ \end{gathered}$

(12)

所以为了便于描述，常将正态变量作数据转换。将一般正态分布转化成标准正态分布。若

$X \sim N\left( {\mu, {\sigma ^2}} \right), \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;Y = \frac{{X-\mu }}{\sigma } \sim N\left( {0, 1} \right)$

服从标准正态分布，通过查标准正态分布表就可以直接计算出原正态分布的概率。设保护目标设施的安全振速为v_saf，单段最大炸药量为Q₀，爆心距R₀，根据式(12)得：

$P\left( {v < {v_{{\text{saf}}}}} \right) = F\left( {{v_{{\text{saf}}}}} \right) = \mathit{\Phi} \left( {\frac{{{v_{{\text{saf}}}}-\mu }}{\sigma }} \right)$

(13)

$\mu = v = K{\left( {\frac{{Q_0^{1/3}}}{{{R_0}}}} \right)^\alpha }, \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\sigma = \sqrt {{\sigma ^2}}$

(14)

令：

$\frac{{{v_{{\text{saf}}}}-\mu }}{\sigma } = {m_0}$

(15)

通过查表得：

$\mathit{\Phi} \left( {{m_0}} \right) = {P_0}$

(16)

所以在对爆破设计的振动安全评价过程中，认为单段最大炸药量为Q₀、爆心距R₀处的目标设施得到保护的概率为P₀。

2.2 安全炸药量计算

爆破测振确定振动公式常数的目的是为了用它来控制振速，使它小于目标设施的安全振速v_saf。在已知爆心距R时，只有通过控制炸药量Q来控制振速。使质点振速峰值v小于或等于安全振速v_saf的炸药量称为安全炸药量。设使目标设施得到保护的概率达到P₁，通过查表得到Φ(m₁)=P₁；根据式(13)，得到：

$\mathit{\Phi} \left( {{m_1}} \right) = \Phi \left( {\frac{{{v_{{\text{saf}}}}-\mu }}{\sigma }} \right)$

(17)

即：

${m_1} = \frac{{{v_{{\text{saf}}}}-\mu }}{\sigma }, \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\mu = {v_{{\text{saf}}}}-{m_1}\sigma$

(18)

根据式(14)，得到：

$\mu = K{\left( {\frac{{{Q^{1/3}}}}{{{R_0}}}} \right)^\alpha }$

(19)

所以：

$Q = {\left( {\sqrt[\alpha]{{\frac{\mu }{K}}}{R_0}} \right)^3}$

(20)

将式(15)代入, 得到：

$Q = {\left( {\sqrt[\alpha]{{\frac{{{v_{{\text{saf}}}} -{m_1}\sigma }}{K}}}{R_0}} \right)^3}$

(21)

通过式(21)，可以求出指定设施安全概率条件下的单段最大炸药量，即使目标设施得到保护的概率^[11]达到P₁的安全炸药量为Q。该式称为计算爆破安全炸药量的概率公式。

3. 应用案例

3.1 工程概况

西部矿业股份公司锡铁山铅锌矿位于青海省柴达木盆地北缘。在铅锌矿井下2 702 m水平1025采场爆破过程中，距爆破点50 m处是运输大巷，里边有一些重要的设备设施。

为了防止由于爆破振动而使巷道损坏，从而造成巷道内设备设施的破坏，需要对此次爆破设计进行振动评价和单段最大炸药量计算。

3.2 振速峰值的分布函数

根据锡铁山铅锌矿之前相同水平其他采场的爆破振动监测数据来进行对1025采场爆破设计，其数据见表 1。表中，Q为最大一段药量，R为爆心距，v为水平径向爆破振动速度峰值。

表 1 锡铁山铅锌矿爆破振动监测数据

Table 1. Blasting vibration experiment data

测点	Q/kg	R/m	(Q^1/3·R^-1)/(kg^1/3·m^-1)	v/(cm·s^-1)
1	30.2	20	0.156	11.82
2	30.2	40	0.078	3.47
3	30.2	60	0.052	1.77
4	30.2	80	0.039	1.28
5	30.2	100	0.031	0.84
6	74.8	20	0.211	17.24
7	74.8	40	0.105	5.62
8	74.8	60	0.070	2.72
9	74.8	80	0.053	1.84
10	74.8	100	0.042	1.22

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根据表 1，采用线性回归法^[9]拟合萨道夫斯基公式，得到数据拟合曲线图(见图 1)：

图 1 数据拟合曲线

Figure 1. Data fitting curve

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$v = 210.2{\left( {{Q^{1/3}}/R} \right)^{1.59}}$

(22)

根据式(14)~(15)，对表 1数据进行处理，得到数据处理结果, 见表 2。其中，方差为0.122 cm²/s²。

表 2 数据处理结果

Table 2. Data processing results

测点	v_exp/(cm·s^-1)	v_cal/(cm·s^-1)	(v_exp-v_cal)/(cm·s^-1)
1	11.82	10.92	0.90
2	3.47	3.63	-0.16
3	1.77	1.90	-0.13
4	1.28	1.21	0.07
5	0.84	0.85	-0.01
6	17.24	17.67	-0.43
7	5.62	5.87	-0.25
8	2.72	3.08	-0.36
9	1.84	1.95	-0.11
10	1.24	1.37	-0.13

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所以随机变量v服从正态分布^[10]，记作v~(v_cal, 0.122)；相应的分布函数是：

$F\left( v \right) = \frac{1}{{\sqrt {2\pi } 0.349}}\int_{-\infty }^v {{{\text{e}}^{-\frac{{{{\left( {t-{v_{{\text{cal}}}}} \right)}^2}}}{{2 \times 0.122}}}}{\text{d}}t}$

(23)

3.3 振动评价和安全药量

根据GB 6722-2014《爆破安全规程》，矿山巷道的安全允许振速15~30 cm/s。为了安全起见，在这里选取其下限作为安全判据，即v_saf=15 cm/s。根据保护目标的重要性，设此次爆破中巷道得到保护的概率应大于95%。通过查表得到：

$\mathit{\Phi} \left( {1.65} \right) = 0.950\;5$

(24)

根据式(21)，取m₁=1.65，σ=0.349，R₀=50 m，v_saf=15 cm/s，求解得出：

$Q = 797.89\;{\text{kg}}$

(25)

那么在爆破设计的过程中，单段最大药量控制在797.89 kg以内，巷道得到保护的概率在95%以上。如果按照萨道夫斯基公式即式(22)计算，求解得出：

$Q = 858.73\;{\text{kg}}$

(26)

即单段最大炸药量控制在858.73 kg以内。此时巷道在爆破过程中得到保护的概率根据式(13)、式(15)~(16)计算：

$P\left( {v < {v_{{\text{saf}}}}} \right) = F\left( {15} \right) = \mathit{\Phi} \left( 0 \right)$

(27)

通过查表得：

$\mathit{\Phi} \left( 0 \right) = 0.50$

(28)

即在爆破过程中，巷道得到保护的概率只有50%。

在萨道夫斯基公式和正态分布函数公式计算下，单段最大药量和爆破后设施得到保护概率见表 3。可以看出，用萨道夫斯基公式计算出的单段最大炸药量比概率公式多60 kg左右，但是根据概率公式计算出的单段最大炸药量，其可靠性在95%以上，比应用萨道夫斯基公式计算值的可靠性(仅为50%)要高的多。因此，根据之前爆破震动监测数据及分析结果，建议采用式(21)的概率公式来计算安全药量，以保证施爆期间1025采场运输大巷的安全。

表 3 单段最大药量和设施安全概率

Table 3. Single biggest dosage andfacilities security probability

方法	Q/kg	P/%
萨道夫斯基公式	858.73	50.00
正态分布函数	797.89	95.05

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4. 结论

通过对正态分布函数分析、爆破振动评价与安全药量计算，现得出如下结论：

(1) 岩土内部含有大量复杂的裂隙，岩石内部是不连续和不均质性的，爆破引起的质点振动的实际振速峰值v是随机变量，v=K(Q^1/3/R)^α是实际测点质点振动速度峰值的期望值或估计值。

(2) 对任一确定的Q^1/3/R，爆破实际振速峰值v小于目标设施安全振速的概率可以计算出，即对保护对象的振动安全性可以作出评价。

(3) 为了保证使目标设施得到保护，有较高的可靠性，安全炸药量的计算要应用概率公式。

(4) 该计算方法用于爆破的振动安全评价和安全药量计算是可行的、合理的，为爆破振动安全评价和安全药量计算提供了新的方法。

图 1 100% SOC电池全尺寸燃烧测试中燃烧现象的不同时间戳对应的视频截图（侧面和正面）^[10]

Figure 1. Video screenshots corresponding to different time stamps of combustion phenomena in the full-scale combustion test of 100% SOC batteries (side and front)^[10]

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图 2 锂离子电池热失控发展过程^[11]

Figure 2. Development of thermal runaway in lithium-ion batteries^[11]

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图 3 冲击压力测试装置^[13]

Figure 3. Impact pressure test device^[13]

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图 4 强烈喷射阶段冲击压力随温度的变化^[13]

Figure 4. Impact pressure versus the temperature in the intense ejection stage^[13]

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图 5 强烈喷射阶段冲击压力变化率随温度的变化曲线^[13]

Figure 5. Change rate of impact pressure versus the temperature in the intense ejection stage^[13]

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图 6 热失控气体不同方位冲击压力随时间的变化^[14]

Figure 6. Variation of impact pressure with time of different orientations of thermal runaway gas^[14]

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图 7 锂离子电池热失控典型射流行为^[15]

Figure 7. Typical ejection behaviors of lithium-ion battery thermal runaway ^[15]

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图 8 400 W热功率下100% SOC锂离子电池热失控过程的红外图像^[17]

Figure 8. Infrared images of thermal runaway process of 100% SOC LIB at 400 W heating power^[17]

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图 9 锂离子电池热失控射流火焰的发展过程及火焰高度^[18]

Figure 9. Development process and flame height of thermal runaway ejecta flame of lithium-ion battery^[18]

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图 10 热失控气体爆炸极限与加热功率和加热温度的关系^[30]

Figure 10. Thermal runaway gas explosion limit with heating power and temperature change relationship^[30]

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图 11 爆炸极限原位测定装置及测试结果^[33]

Figure 11. In-situ explosion limit determination device and test results^[33]

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图 12 不同老化程度电池的CT扫描图像^[48]

Figure 12. CT scans of batteries with different degrees of ageing^[48]

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图 13 老化锂离子电池热失控气体爆炸极限、爆炸压力和温度随循环圈数的变化^[48]

Figure 13. Variation of thermal runaway gas explosion limits, explosion pressure and temperature of aging lithium-ion batteries with cycle times^[48]

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表 1 冲击压力测试设置^[14]

Table 1. Impact pressure test settings^[14]

测试编号	电池封装结构	电池数量	压力传感器位置
A	6×6	35节电池+ 1个加热棒	传感器1（右侧）：水平方向距中心30 cm，垂直方向距电池封装包上端7.5 cm（R-30）；传感器2（右侧）：水平方向距中心40 cm，垂直方向距电池封装包上端10 cm（R-40）；传感器3（背面）：与传感器1相同（B-30）
B	10×10	99节电池+ 1个加热棒	传感器1（右侧）：水平方向距中心40 cm，垂直方向距电池盒上端10 cm（R-40）传感器2（背面）：水平方向距中心50 cm，垂直方向距电池盒上端12.5 cm（R-50）

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表 2 可燃气体爆炸极限测试方法^[19]

Table 2. Test methods for explosion limit of flammable gases^[19]

标准体系	应用范围	测定装置	点火装置	判定标准
GB/T 12474— 2008^[20]	常压下空气中爆炸极限	管式装置：硬质玻璃反应管，管内径为(60±5) mm，壁厚 ≥2 mm，长(1400±50) mm	电火花引燃，放电电极距离底部≥100 mm，间距为3～4 mm	目测火焰：火焰迅速传播至管顶；一定的速度缓慢传播
GB/T 21844— 2008^[21]	常温至150 ℃和常压下，易燃性浓度极限，燃烧上限及下限	5 L/12 L长颈玻璃瓶	中心点火：10 mm长熔丝；或电火花电极间隙6～10 mm；或高压电弧6 mm间距，30 mA等；化学点火引燃	目测火焰传播：到达瓶壁或至少离器壁13 mm 处，沿瓶壁传播角度应不小于90°
GB/T 2786— 2011^[22]	空气中可燃范围/爆炸范围：可燃上限、可燃下限	厚玻璃圆筒，内径≥50 mm，高度≥300 mm	火花发生器，电极间距5 mm，10 J/次	目测火焰是否通过反应管传播，火焰分离并传播，传播至少10 cm 为易燃。氢气可采用温度测量探针
ASTM E 681^[23]	常压高温（室温至150 ℃）	球式装置：5 L球形玻璃容器，内径222 mm	中心电火花引燃，15 kV，持续0.4 s，约4 J	目测不低于0.2 m
ASTM E 918^[24]	高温高压（室温至200 ℃，初始压力不大于1.38 MPa）	金属容器，容积V≥1 L，内径D≥76 mm	115 V电熔丝	初始压力提升量不低于7%
EN 1839^[25]	常压，室温至200 ℃	管式装置：柱形玻璃管，长度 L≥300 mm，内径D=(80±2) mm；	管式：高压电火花引燃，持续0.2 s，约2 J	管式测定：目测火焰传播0.1 m
EN 1839^[25]	常压，室温至200 ℃	球形装置：球形或圆柱形体积 V≥5 L，长径比为1～1.5	球形：10～20 J熔丝，间距5 mm，截面2.5～7 mm²	球式测定：初始压力提升5%
prEN 17624^[26]	高温高压（室温至400 ℃，常压至10.0 MPa）	球形装置，1、3、5和10 L	感应火花、表面间隙火花或爆炸桥丝	不大于0.2 MPa时为5%初始压力，0.2 MPa以上时为2%初始压力，均不含点火源的压力提升量

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表 3 不同实验条件下CO₂、CO和H₂的生成体积^[31]

Table 3. Production volume of CO₂, CO and H₂ under different experimental conditions^[31]

环境压力/kPa	SOC/%	气体生成体积/L
环境压力/kPa	SOC/%	CO₂	CO	H₂
30	25	0.07	0	0.04
30	100	0.58	1.03	0.72
101	25	0	0.18	0.14
101	100	1.26	1.51	0.93

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参考文献(48)

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1. 随机变量v的分布函数
1.1 线性回归法确定K、α
1.2 正态分布函数
2. 爆破振动评价和安全炸药量计算
2.1 振动评价
2.2 安全炸药量计算
3. 应用案例
3.1 工程概况
3.2 振速峰值的分布函数
3.3 振动评价和安全药量
4. 结论

航空动力锂离子电池热失控行为与气体燃爆危险性研究进展

doi: 10.11883/bzycj-2024-0175

作者简介: 杨 娟（1983－ ），女，硕士，副教授，haishi_yj11@126.com

通讯作者: 张青松（1977－ ），男，博士，教授，nkzqsong@126.com

计量

出版历程

Research progress of thermal runaway and gas explosion hazard of lithium-ion batteries for aviation propulsion

1. 随机变量v的分布函数

1.1 线性回归法确定K、α

1.2 正态分布函数

2. 爆破振动评价和安全炸药量计算

2.1 振动评价

2.2 安全炸药量计算

3. 应用案例

3.1 工程概况

3.2 振速峰值的分布函数

3.3 振动评价和安全药量

4. 结论

期刊类型引用(15)

其他类型引用(7)

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出版历程

目录

1. 随机变量v的分布函数

1.1 线性回归法确定K、α

1.2 正态分布函数

2. 爆破振动评价和安全炸药量计算

2.1 振动评价

2.2 安全炸药量计算

3. 应用案例

3.1 工程概况

3.2 振速峰值的分布函数

3.3 振动评价和安全药量

4. 结论

作者简介:
杨　娟（1983－　），女，硕士，副教授，haishi_yj11@126.com

通讯作者:
张青松（1977－　），男，博士，教授，nkzqsong@126.com