本文利用高溫高壓爆炸極限試驗(yàn)儀對磷酸鐵鋰電池單體(3.2V/265Ah)熱失控產(chǎn)氣的爆炸極限與極限氧濃度進(jìn)行了研究，相關(guān)爆炸特性參數(shù)可為儲(chǔ)能電站等應(yīng)用場景的防爆抑爆設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
 

　　鋰離子電池?zé)崾Э剡^程會(huì)產(chǎn)生由多種可燃組分構(gòu)成的混合氣體，這種熱解氣一旦被點(diǎn)燃會(huì)出現(xiàn)不可控的嚴(yán)重后果。
 

　　測定鋰電池?zé)崾Э禺a(chǎn)氣的爆炸極限與極限氧濃度，可為儲(chǔ)能電站等爆炸性環(huán)境的氧濃度控制提供理論依據(jù)，有效預(yù)防爆炸和火災(zāi)事故;也可為地下車庫等應(yīng)用場景的通風(fēng)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持，提高公共安全性。
 

　　本次實(shí)驗(yàn)選擇應(yīng)用于儲(chǔ)能站的265Ah磷酸鐵鋰電芯，通過人工配氣模擬其熱失控所產(chǎn)生的混合氣體，并使用仰儀科技HWP21-30S型爆炸極限試驗(yàn)儀進(jìn)行產(chǎn)氣爆炸特性研究。
 

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，常溫常壓下電池產(chǎn)氣的爆炸下限(LEL)為6.80%，爆炸上限(UEL)為40.63%，極限氧濃度(LOC)為7.50%。
 

　　一、實(shí)驗(yàn)部分
 

　　1. 樣品準(zhǔn)備
 

　　(1)氮?dú)猓杭兌炔坏陀?9.8 %(體積分?jǐn)?shù))。
 

　　(2)待測混合氣體：成分比例如下圖，用以模擬磷酸鐵鋰電芯熱失控所產(chǎn)生的混合氣體。
 

　　二、測試方法
 

　　(1)爆炸極限測定
 

　　參見GB/T 21844-2008 化合物(蒸氣和氣體)易燃性濃度限值的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法;GB/T 12474-2008空氣中可燃?xì)怏w爆炸極限測定方法。
 

　　(2)極限氧濃度測定
 

　　參見GB/T 38301-2019可燃?xì)怏w或蒸氣極限氧濃度測定方法。
 

　　三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 

　　1. 燃燒判定標(biāo)準(zhǔn)
 

　　根據(jù)GB/T 21844-2008 化合物(蒸氣和氣體)易燃性濃度限值的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法中提到的火焰的傳播的定義：在本試驗(yàn)中，火焰前沿從點(diǎn)火源向上或向外到達(dá)器壁或至少離器壁13mm處的運(yùn)動(dòng)過程。向外擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)說明火焰前沿存在水平分量。
 

　　2. 爆炸極限實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 

　　(1)爆炸下限
 

　　進(jìn)行爆炸下限測試時(shí)，測得接近火焰?zhèn)鞑ズ突鹧娌粋鞑r(shí)的實(shí)驗(yàn)效果如實(shí)驗(yàn)錄像1所示，可以計(jì)算爆炸下限LEL=0.5×(6.526+7.077)%=6.80%。
 

　　(2)爆炸上限
 

　　進(jìn)行爆炸上限測試時(shí)，測得接近火焰?zhèn)鞑ズ突鹧娌粋鞑r(shí)的實(shí)驗(yàn)效果如下，可以計(jì)算爆炸上限UEL=0.5×(41.043+40.225)%=40.63%。
 

　　3. 極限氧濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 

　　極限氧濃度可利用三元圖進(jìn)行分析，根據(jù)GB/T 38301-2019，當(dāng)UEL≤ 0.8 × (100-Xair，L)，適用簡易實(shí)驗(yàn)程序。

 

　　通過上圖可知，通過程序?qū)嶒?yàn)逐步確定爆炸區(qū)頂點(diǎn)空氣體積分?jǐn)?shù)(Xair，L)，并測定0.8倍頂點(diǎn)惰性氣體體積分?jǐn)?shù)(0.8 Xin，L)的混合氣體爆炸極限，以驗(yàn)證極限空氣濃度LAC位于爆炸區(qū)頂點(diǎn)，此時(shí)：
 

　　LAC= Xair，L = 35.89%
 

　　隨后可通過公式計(jì)算混合氣體的極限氧濃度：
 

　　LOC= LAC×0.209 =7.50%
 

　　待測混合氣體的三元圖既可以確定極限氧濃度，也可以表征爆炸區(qū)范圍，反映電池產(chǎn)氣的爆炸區(qū)臨界濃度分布規(guī)律。
 

　　四、結(jié)論
 

　　本文利用爆炸極限試驗(yàn)儀測定了大容量磷酸鐵鋰電池單體熱失控產(chǎn)氣的極限氧濃度。以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過提高惰性氣體濃度或降低氧濃度進(jìn)行抑爆設(shè)計(jì)，可以有效預(yù)防爆炸風(fēng)險(xiǎn)，提高儲(chǔ)能電站等應(yīng)用場景的安全性。