熱失控防控技術
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
熱失控防控技術的實例教程
儲能電站鋰離子電池火災事故頻發引起了人們對鋰離子電池熱失控特性和防控技術的關注與重視。本文將儲能電站鋰離子電池在外部濫用條件下的熱失控演化過程劃分為3個階段和6個過程，分別是熱失控早期、熱失控發生期、火災初期3個階段和放熱、產氣、增壓、噴煙、起火燃燒和氣體爆炸6個過程。整個演化過程各階段并不是獨立的，而是化學反應重疊交叉進行的。因儲能電站火災與傳統火災燃燒特性差異較大，需根據其熱失控演化過程特點提出針對性的防控措施。本文梳理了近年來鋰離子電池熱失控特性和防控技術的研究進展，對鋰離子電池熱失控演化過程、監測預警技術、熱失控抑制和滅火技術等方面進行了歸納總結與展望。
儲能風冷/液冷系統熱管理設計策略與仿真-十二大專題電池儲能熱管理設計仿真入門進階45講
鋰離子電池目前被廣泛應用于儲能領域，儲能電站火災爆炸事故頻發引發了人們對電化學儲能電站安全性的極大關注。鋰離子電池是儲能電站電能的能量載體，其電極體系組分具有很高的熱危險性，封裝成電池后其熱危險性加劇。2021年4月，北京豐臺區儲能電站發生爆炸事故，造成兩名消防員死亡，使得公眾對儲能電站的應用前景擔憂。近年來發生的儲能電站火災爆炸事故如表1所示。
儲能電站鋰離子電池的火災爆炸事故，主要是電池單體發生內短路后使得電池熱失控起火燃燒，進一步熱失控擴展到相鄰電池，從而形成大規?；馂?，在受限空間中氣體積聚到一定程度時，遇到點火源，又會發生爆炸。盡管鋰離子電池存在自引發內短路致使熱失控的風險，但是概率很低，僅為百萬分之一。一般認為，熱失控是在外部誘發條件如熱濫用、電濫用、機械濫用下造成的。儲能電站鋰離子電池發生熱失控時，電池間會發生熱失控蔓延，進一步引發大規模的電池燃燒，如圖1所示。
展開 其中有的是立即發生熱失控，如鋁和負極的接觸；而正極和負極接觸一般不會發生熱失控；<strong>鋁和銅接觸的危險程度也比較高，但是不一定馬上引發內短路</strong>。</p><p> 對于實際模組管理中，可以<strong>通過應用數值仿真輔助的一致性差異檢測，辨識出來早期的內短路個體電池</strong>，對潛在的熱失控做早期的隔離、熔斷和必要溫控措施。當然，除了早期防范外，系統設計也應當考慮到極端的熱失控燃爆對周圍電芯的影響，極力避免大量電芯被蔓延，引起重大事故。</p><p> 一般情況下，熱蔓延抑制設計包括隔熱設計和散熱設計、噴淋設計，隔熱設計是利用不同隔熱材料防止模塊熱蔓延，散熱設計是不同液冷流量對熱蔓延進行抑制，<strong>噴淋設計是在自動識別關鍵溫度和特征后啟動一定量的冷液噴淋，快速降低目標自發熱電芯溫度。</strong></p><p><br></p><p> 此次采用Comsol<strong>設計了一套關于少量電芯模組的熱失控仿真模型APP，</strong>采用緩慢內短路內發熱逐漸引發熱失控的方式。其中引入了智能噴淋功能，預測不同噴淋控制參數帶來的防控效果。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202112/9508625c54f348a09993aeae38a0e523.png"></p><p><br></p><p>此次設定在約110~120度時啟動持續噴淋，可以看到當達到閾值的噴淋降溫能力后，熱失控被壓制住。
展開 來源 | Nature Communications
01
背景介紹
隨著全球范圍內能源危機的出現，并在“雙碳”目標驅動下，鋰離子電池獲得了蓬勃發展，然而電池熱失控被喻為威脅電池安全的“癌癥”，是制約電動汽車與新型儲能規模化發展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池熱失控演變機制，并提出早期預警策略以防止火災爆炸事故的發生。導致電池熱失控的根源，是電池內部一系列復雜且相互關聯的“鏈式副反應”。最具代表性的鏈式反應包括：外部電、熱、機械濫用→內部產熱→SEI膜分解→負極與電解液反應、產氣→隔膜熔化→內部短路→安全閥開啟→正極與電解液反應、產氣→電解液分解、產氣→電解液、氣體燃燒→起火爆炸！從局部短路到大面積短路，電池內部溫度快速提升，可高達800℃以上，引發電池起火爆炸。由此可見，“溯源電池熱失控發生的內在誘因，厘清各分步反應之間的耦聯關系，揭示熱失控主導機制與動力學規律，前移熱失控預警時間窗口”是從根本上解決儲能安全問題的核心。然而，由于電池的密閉結構和內部復雜的反應機制，電池內部核心狀態參量檢測的準確性和實時性無法保證。最新報道的具有“透視”檢測能力的科學儀器（如中子衍射、X射線衍射、冷凍電鏡等），由于儀器體積龐大、價格昂貴，無法應用于電池使用終端。如何科學、及時、準確地預判電池安全隱患，成為當前電池安全領域的國際性科學難題。
02
成果掠影
近期，中國科學技術大學孫金華教授和王青松研究員團隊與暨南大學郭團教授團隊提出了一種可植入電池內部的多模態集成光纖原位監測技術，在國際上率先實現了對商業化鋰電池熱失控全過程的精準分析與提早預警。
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01
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隨著全球范圍內能源危機的出現，并在“雙碳”目標驅動下，鋰離子電池獲得了蓬勃發展，然而電池熱失控被喻為威脅電池安全的“癌癥”，是制約電動汽車與新型儲能規?；l展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池熱失控演變機制，并提出早期預警策略以防止火災爆炸事故的發生
本文梳理了近年來鋰離子電池熱失控特性和防控技術的研究進展，對鋰離子電池熱失控演化過程、監測預警技術、熱失控抑制和滅火技術等方面進行了歸納總結與展望。
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