Науковий вісник НГУ

Експериментальна оцінка пожежної небезпеки літій-іонного елемента живлення під час його механічного пошкодження

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 1

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №5 2022

Останнє оновлення: 30 жовтня 2022

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1857

Authors:

О.В.Лазаренко, orcid.org/0000-0003-0500-0598, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, м. Львів, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.Ю.Пазен, orcid.org/0000-0003-1655-3825, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, м. Львів, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Р.Ю.Сукач, orcid.org/0000-0003-4174-9213, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, м. Львів, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В.І.Посполітак, orcid.org/0000-0002-9373-792X, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, м. Львів, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (5): 068 - 073

https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-5/068

Abstract:

Мета. Експериментальне визначення температури горіння літій-іонного елементу живлення (ЛІЕЖ) унаслідок здійснення механічного пошкодження його корпусу шляхом побиття гострим предметом. Одночасно з тим, визначення часу охолодження літій-іонного елемента живлення після горіння й подальший математичний опис цього процесу.

Методика. Задля досягнення поставленої мети було підготовлено лабораторний стенд з відповідним вимірювальним обладнанням. Для математичного моделювання процесу охолодження були використані експериментальні значення й застосовані методи дослідження процесів теплообміну в багатошарових твердих суцільних циліндричних конструкціях.

Результати. Експериментальні дослідження показали, що максимальна температура на корпусі літій-іонного елемента живлення досягла 715 °С. У свою чергу середні значення показали температуру 665 °С. Середня тривалість охолодження до температури 50 °С становила не менше 17 хвилин. Дослідження втрати маси показали, що всі елементи після завершення згоряння втрачають близько 53 % початкової маси.

Наукова новизна. Уперше визначена температура горіння та час охолодження саме ЛІЕЖ Panasonic NCR18650B (LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂). Одночасно з експериментальними дослідженнями було проведене математичне моделювання процесу охолодження ЛІЕЖ із використанням теорії теплообміну. Установлено, що результати математичного моделювання добре корелюють з експериментальними значеннями. Такий підхід дає можливість, у подальшому, проводити аналітичні дослідження охолодження ЛІЕЖ без необхідності (де це можливо) проведення експериментів.

Практична значимість. Подальші впровадження й застосування отриманої математичної моделі надасть змогу здійснювати визначення часу охолодження, можливості нагрівання інших (суміжно розташованих) ЛІЕЖ до критичної температури, можливості загоряння від перенавантаження різноманітних ЛІЕЖ, використовуючи лише геометричні параметри без необхідності проведення експериментальних досліджень. Визначення часу охолодження ЛІЕЖ після горіння є цінним показником, оскільки дозволяє практично оцінити час, протягом якого ЛІЕЖ залишається потенційним джерелом небезпеки.

Ключові слова: пожежна небезпека, температура горіння, літій-іонний елемент живлення, механічне проколювання

References.

1. Lazarenko, O., Loik, V., Shtain, B., & Riegert, D. (2018). Research on the Fire Hazards of Cells in Electric Car Batteries. Safety and Fire Technology, 52(44), 58-67. https://doi.org/10.12845/bitp.52.4.2018.7.

2. Georgios Zavalis, T., Behm, M., & Lindbergh, G. (2012). Investigation of short-circuit scenarios in a lithium-ion battery cell. Journal of the electrochemical Society, 159(6), 848-859 https://doi.org/10.1149/2.096206jes.

3. Chen, M., Liu, J., He, Ya., Yuen, R., & Wang, J. (2017). Study of the fire hazards of lithium-ion batteries at different pressures. Applied Thermal Engineering, 125, 061-1074. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.06.131.

4. Kong, D., Wang, G., Ping, P., & Wen, J. (2021). Numerical investigation of thermal runaway behavior of lithium-ion batteries with different battery materials and heating conditions. Applied Thermal Engineering, 189(7), 116661. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.116661.

5. Liu, X., Wu, Z., Stoliarov, S.I., Denlinger, M., Masias, A., & Snyder, K. (2016). Heat release during thermally-induced failure of a lithium ion battery: Impact of cathode composition. Fire Safety Journal, 85, 10-22. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2016.08.001.

6. Ping, P., Wang, Q.-S., Huang, P.-F., Li, K., Sun, J.-H., DePeng Kong, D.P., & Chen, Ch.-H. (2015). Study of the fire behavior of high-energy lithium-ion batteries with full-scale burning test. Journal of Power Sources, 285, 80-89. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.03.035.

7. Li, H., Peng, W., Yang, X., Chen, H., Sun, J., & Wang, Q. (2020). Full-Scale Experimental Study on the Combustion Behavior of Lithium Ion Battery Pack Used for Electric Vehicle. Fire Technology, 56(1), 2545-2564. https://doi.org/10.1007/s10694-020-00988-w.

8. Lopez, C. F., Jeevarajan, J. A., & Mukherjee, P. P. (2015). Experimental Analysis of Thermal Runaway and Propagation in Lithium Ion Battery Modules. Journal of The Electrochemical Society, 162(9), 905-915. https://doi.org/10.1149/2.0921509jes.

9. Zhong, G., Li, H., & Wang, C. (2018). Experimental Analysis of Thermal Runaway Propagation Risk within 18650 Lithium-Ion Battery Modules. Journal of The Electrochemical Society, 165(9), 1925-1934. https://doi.org/10.1149/2.0461809jes.

10. Lamb, J., & Orendorff, C. J. (2014). Evaluation of mechanical abuse techniques in lithium ion batteries. Journal of Power Sources 247, 189-196. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.08.066.

11. Huang, Z., Li, H., Mei, W., Zhao, Ch., Sun, J., & Wang, Q. (2020). Thermal runaway behavior of lithium iron phosphate battery during penetration. Fire Technology, 56, 2405-2426. https://doi.org/10.1007/s10694-020-00967-1.

12. Mao, B., Chen, H., Cui, Z., Wu, T., & Wang, Q. (2018). Failure mechanism of the lithium ion battery during nail penetration. International Journal of Heat and Mass Transfer, 122, 1103-1115. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.02.036.

13. Diaz, F., Wang, Yu., Weyhe, R., & Friedrich, B. (2019). Gas generation measurement and evaluation during mechanical processing and thermal treatment of spent Li-ion batteries. Waste Management, 84, 102-111. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.11.029.

14. Perea, A., & Paolella, A. (2018). State of charge influence on thermal reactions and abuse tests in commercial lithium-ion cells. Journal of Power Sources, 399, 392-397. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.07.112.

15. Ruiza, V., Pfranga, A., Kristona, A., Omarb, N., Van den Bosscheb, P., & Boon-Bretta, L. (2018). A review of international abuse testing standards and regulations for lithium ion batteries in electric and hybrid electric vehicles. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 1427-1452. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.195.

16. Miao, Y., Hynan, P., von Jouanne, A., & Yokochi, A. (2019). Current Li-Ion Battery Technologies in Electric Vehicles and Opportunities for Advancements. Energies, 12, 1074. https://doi.org/10.3390/en12061074.

17. Panasonic NCR-18650B Lithium-ion/NNP + HRL technology. (n.d.). Retrieved from https://www.imrbatteries.com/content/panasonic_ncr18650b-2.pdf.

18. Yakushev, A. G., & Bokov, T. Yu. (2018). Study of rapid goal-directed force upper limb movement. Fundamental and Applied Mathematics, 22(2), 237-249. Retrieved from http://www.mathnet.ru/links/022686c34b680f13e846adec8e957025/fpm1800.pdf.

19. Tatsii, R. M., & Pazen, O. Y. (2018). Direct (Classical) Method of Calculation of the Temperature Field in a Hollow Multilayer Cylinder. J. Eng. Phys. Thermophy, 91, 1373-1384. https://doi.org/10.1007/s10891-018-1871-3.

20. Tatsii, R. M., Pazen, O. Y., & Shypot, L. S. (2020). Research of the temperature field in the system of multilayer cylindrical solid bodies under fire conditions. Fire safety, 37, 64-71. https://doi.org/10.32447/20786662.37.2020.10.

• < Попередня
• Наступна >