Експериментальна оцінка пожежної небезпеки літій-іонного елемента живлення під час його механічного пошкодження
/ 1
- Деталі
- Категорія: Зміст №5 2022
- Останнє оновлення: 30 жовтня 2022
- Опубліковано: 30 листопада -0001
- Перегляди: 1856
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.
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 (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2). 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.
Наступні статті з поточного розділу:
- Екологізація ринкової поведінки споживачів та управлінські бізнес-стратегії - 30/10/2022 23:21
- Підприємницькі структури видобувної промисловості: зарубіжний досвід охорони природокористування - 30/10/2022 23:21
- Дихотомія правового забезпечення екологічної безпеки при видобуванні, вилученні та використанні метану вугільних родовищ - 30/10/2022 23:21
- Планувальні моделі санітарно-захисних зон навколо режимоутворюючих об’єктів - 30/10/2022 23:21
- Кримінальна відповідальність за незаконне видобування корисних копалин: аналіз законодавчих новел - 30/10/2022 23:21
- Правове забезпечення екологічної безпеки в умовах воєнного стану в Україні - 30/10/2022 23:21
- Ризик виникнення легеневих захворювань у гірників при використанні протипилових респіраторів - 30/10/2022 23:21
- Проблеми розвитку новітніх систем електрозабезпечення України в контексті європейської інтеграції - 30/10/2022 23:21
- Оцінка та прогнозування викидів діоксиду вуглецю на вугільних теплових електростанціях України - 30/10/2022 23:21
- Математичне моделювання автономної вітроелектричної установки на основі магнітоелектричного генератора - 30/10/2022 23:21
Попередні статті з поточного розділу:
- Обґрунтування методики розрахунку розрізних циліндричних барабанів шахтних підіймальних машин збільшеної канатомісткості - 30/10/2022 23:21
- Навантаженість вагона-платформи для перевезень наливних вантажів - 30/10/2022 23:21
- Вплив слабких електромагнітних полів на властивості вугільної речовини - 30/10/2022 23:21
- Використання відходів природного фосфату у виробництві будівельної цегли - 30/10/2022 23:21
- Прогнозування технічної ефективності мобільних установок для капітального ремонту свердловин - 30/10/2022 23:21
- Обґрунтування оптимальних параметрів елементів уступів і бортів залізорудних кар’єрів - 30/10/2022 23:21
- Особливості буріння твердих порід із застосуванням гідроударної технології - 30/10/2022 23:20
- Явища та механізми шлакування й корозії при енергетичному використанні вугілля з високим вмістом солей - 30/10/2022 23:20
- Про найдавніше свідчення використання некрем’яних гірських порід Середнього Придніпров’я - 30/10/2022 23:20
