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双层储能电池火蔓延特性及触发过程能量传递机制研究

396 编辑：中冶有色网来源：清华大学、青岛理工大学

2025-10-09 16:46:56

作者：徐成善1 李涵2 王炎2 卢兰光1 冯旭宁1 欧阳明高1 单位：1. 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室;2. 青岛理工大学机械与汽车工程学院引用本文：徐成善, 李涵, 王炎, 等. 双层储能电池火蔓延特性及触发过程能量传递机制研究[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(9): 3552-3563. DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0140 本文亮点：1.针对100Ah磷酸铁锂电池开展双层火蔓延实验，阐明上下模组火蔓延特性，发现上层电池同步火蔓延现象，提出同步火蔓延机理; 2.得到100Ah磷酸铁锂电池火蔓延上层热失控触发能量边界。摘要储能电站中存在着垂直分布的电池排列结构，下层电池热失控产气在引燃后，火焰会诱发上层电池发生火蔓延。为了探究储能电池火蔓延特性及触发过程的能量传递机制，本工作以100 Ah磷酸铁锂电池为研究对象，通过设计3组双层电池模组火蔓延实验(双层电池数量各为1节、2节和3节)，加热触发底部电池开阀后主动引燃热失控气体，记录实验现象和电池温度变化，分析电池温升速率和温升阶梯，进而定量研究在触发顶部电池火蔓延的过程中，底部各节电池的累计传递能量，最后解耦不同路径的传热量。研究结果表明：底部3节电池可以触发顶部电池同时发生热失控，顶部电池最大温升比底部电池高115.9 ℃(22.1%)，最大温升速率高6.5 ℃/s(86.7%);顶部电池热失控前存在3段温升阶梯，在火焰射流阶段的平均温升速率约为火焰烘烤阶段的2倍;在火蔓延触发过程中，底部3节电池累计传递至顶部电池的能量分别为249.1 kJ、334.3 kJ和379.7 kJ，其中通过底面传热占比47.5%，通过侧面传热占比52.5%。本研究为储能电池系统安全设计和火蔓延抑制提供重要指导意义和科学价值。新能源行业迎来了新的发展高度，电化学储能系统因其具有优秀的调频调峰能力，如今已呈现出规模化应用的趋势。磷酸铁锂电池因其循环寿命长、能量密度高等优点，被广泛应用于储能电站中。然而，随着磷酸铁锂电池向着大容量、高功率的趋势发展，热失控问题层出不穷，全球范围内出现多起储能电站安全事故，严重威胁公共财产安全。国内外有诸多学者针对磷酸铁锂电池单体热失控特

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