细水雾释放策略对大容量三元锂离子电池热失控火灾抑制效果的实验研究

韩路豪，王子阳，何骁龙，何春汕，石晓龙，姚 斌

（中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽 合肥 230026）

面对能源紧缺和环境污染问题，绿色能源在人类社会中扮演着越来越重要的角色。锂离子电池凭借高能量密度、无记忆效应、自放电少等优点而被广泛应用在动力、储能和消费场景中。2020 年中国锂离子电池产量为148 GWh，动力场景应用占比56%，为83 GWh，三元锂和磷酸铁锂在动力电池中分别占比58%和41%[1]。但由于锂离子电池结构和材料的特点具有不稳定性，在滥用场景下易发生热失控从而造成火灾[2]。

因此抑制锂离子电池热失控火灾成为必要的研究课题，前人研究将灭火剂扑灭电池火焰的能力定义为灭火效果，降低电池温度的能力定义为冷却效果[3-9]。机理研究方面，Feng 等[10]提出电池热失控火灾可以采用提高触发、提高散热、增加热阻、降低释放4种方法进行抑制。灭火剂选择方面，公安部针对热失控相对温和的磷酸铁锂电池发布CCCF/XFJJ-01《电动客车动力锂离子电池箱火灾防控装置通用技术要求》[11]，指出灭火剂释放1800 s 内不能发生复燃，明火扑灭900 s 后电池表面温度不能超过150 ℃。Liu等[3]对38 Ah方形三元锂离子电池进行灭火实验，发现全氟己酮的灭火效果好但冷却效果不明显，且低剂量下首先表现为负抑制作用。Maloney[4]对4 Ah 18650 型三元锂离子电池进行了热失控火灾抑制实验，结果表明水性灭火剂比非水性灭火剂具有更好的冷却效果。Xu等[5]对比研究了三种灭火剂对94 Ah方形三元锂离子电池热失控火灾的抑制效果，发现二氧化碳与七氟丙烷无法扑灭明火，细水雾作用下的火焰消失且降温幅度最大。郭莉等[6]针对344 Ah方形磷酸铁锂锂离子电池进行了实验，推荐使用6 MPa及以上细水雾抑制大容量锂离子电池热失控火灾。部分研究对灭火剂进行改性和联用，Zhu 等[7]针对80 Ah 方形磷酸铁锂锂离子电池，发现加入5%表面活性剂的细水雾能够进一步提升抑制作用。Zhang等[8]针对243 Ah磷酸铁锂锂离子电池，发现在全氟己酮、七氟丙烷和二氧化碳中，全氟己酮与细水雾的联用效果最好。关注灭火剂释放策略的研究较少，Zhang 等[9]对4 Ah 18650 型三元锂离子电池火灾使用1000 μm的水喷淋进行抑制，比较了间歇释放在不同周期(单个释放时间和单个间歇时间组成的周期)和占空系数(释放时间占单个周期的百分比)的实验结果，发现间歇释放冷却效果更好，在0.1、0.25、0.5、0.75的占空系数中，占空系数为0.25时效果最好。

综上，对于锂离子电池火灾，细水雾的灭火效果与冷却效果最好，且通过改性、联用和改变释放策略能进一步提升抑制能力，但前人研究仍存在一些不足。首先，部分研究对象为磷酸铁锂锂离子电池，而动力电池的场景市占率更高、热失控更剧烈的三元锂离子电池研究较少，且随着市场期望更好的续航和安全性，厂商开始通过增加单只容量、减少电池数量来提高动力系统的能量密度和可靠性，25 Ah甚至100 Ah以上的大容量三元锂离子电池逐渐被广泛应用[12-13]，而细水雾抑制大容量三元锂离子电池热失控火灾的研究较少。其次，改性或联用引入的活性物质在电池灭火场景下毒性较大，全氟己酮和七氟丙烷会在550～600 ℃热解产生HF[14-15]，可用性有待商榷。最后，改变细水雾释放策略抑制电池火灾的研究少，且前人研究[9]的实验对象为4 Ah三元锂离子电池，灭火剂粒径为1000 μm，并非细水雾，占空系数设置组数较少，因此有必要在相同耗水量条件下，对比不同细水雾释放策略对大容量三元锂离子电池热失控火灾的抑制效果。因此，本文针对150 Ah 大容量三元锂离子电池使用细水雾进行热失控火灾抑制实验，对比连续释放和脉冲释放两种不同的细水雾策略及相关参数对热失控火灾抑制效果和冷却效果的影响，以得到实验条件下最优的细水雾释放策略及参数设置，可对动力场景灭火设施的设计提供一定参考。

1.1 电池样品

实验使用某方形铝壳大容量三元锂离子电池，正极材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，负极材料为石墨，电池额定容量为(150±1.5)Ah，单只尺寸为150 mm×105 mm×80 mm，最大截止电压为4.2 V，最小截止电压为2.7 V，内阻为0.4 mΩ，质量为(2600±5)g，比热容为1.10 J/(g·K)[16]。每只样品都通过充放电循环仪经过多次循环以保证样品一致性并激活最大危险性，实验前电池都充电至100%SOC。

1.2 实验装置

实验装置包括燃烧室、数据采集系统、灭火系统三部分，如图1(a)所示。燃烧室的尺寸为1 m×0.7 m×1.8 m，板材采用钢板+陶瓷纤维板+钢板制作以确保实验安全，前方设置观察窗，侧面设置穿线孔，内部平台可升降，以调整电池与细水雾喷头间的距离，热失控产生的烟气经管道通过排烟风机排出。数据采集系统中，温度由直径1 mm 的K 型热电偶(精度±1 ℃，频率1 Hz)测量并通过7018/7520 模块进行采集，电压线采集电压，电子天平记录实验前后样品质量，通过高清摄像机记录现象和红外热成像。灭火系统为一台压力可调的细水雾泵组，泵组与细水雾喷头连接，参照前人研究[6,17]，选择额定工作压力为10 MPa的喷头，流量系数K为1.5 L/(min·MPa1/2)，喷头在电池泄压阀正上方50 cm。

图1 实验装置示意图Fig.1 Schematic diagrams of experimental facility

配备电池样品由钢夹具、隔热片和电加热片组成，如图1(b)所示，参照前人研究[17]，电加热片的输出功率为400 W，作为热滥用的外部热源，环氧树脂隔热片减缓热量的散失，使用钢夹具和螺杆按顺序夹紧固定，使得电加热片与电池长侧面紧密均匀地接触，模拟动力电池包环境下电池模组内部电芯紧密排列。如图1(c)所示布置6个热电偶，TC1、TC2、TC3、TC5 分别位于加热面中心、侧面中心、底面中心、加热面背面中心位置，TC4、TC6分别位于加热面背面对角线下1/4、上1/4位置。

1.3 实验设计

在预实验基础上，实验共设置4 组工况，如表1 所示：工况1 观察大容量三元锂离子电池的热失控特征；
工况2 分别连续释放20 s、30 s、40 s细水雾对电池热失控火灾进行抑制，观察连续释放策略的火灾抑制效果；
工况3 和工况4 采用细水雾脉冲释放策略，分别观察两个重要参数周期tT和占空系数DC对抑制热失控火灾的影响。各工况在电池发生热失控时停止加热，工况2～4 还需启动10 MPa的高压细水雾。

表1 工况设置Table 1 Cases setting

其中，耗水量V可根据式(1)计算[18]：

式中ttotal为总释放时间，单位s；
K是流量系数，各工况均为1.5 L/min·MPa1/2；
P是压力，均为10 MPa。工况3、工况4 的ttotal均为40 s，因此V均为10.0 L，以在单一变量条件下观察热失控抑制效果。

参照脉冲细水雾的相关研究[9,19]，图2 对工况3、工况4的脉冲细水雾的相关参数做了说明。

图2 脉冲细水雾的相关参数Fig.2 Related parameters of intermittent spray water mist

如图2(a)所示，在脉冲细水雾进行工作时，其工作时间tw可被等分成n个周期tT，n称作脉冲次数，每个tT内，细水雾首先释放一段时间to，之后再间歇一段时间tc，释放时间to和周期tT之比被称作占空系数DC，因此脉冲细水雾真正有水释放的总释放时间ttotal是tw与DC的乘积；
图2(b)展示了工况3 的释放细节，各组DC均为0.5，tT分别为5 s、10 s、20 s、40 s，n分别为16、8、4、2，以保证ttotal均为40 s 以单一变量；
图2(b)展示了工况4的释放细节，各组tT均为10 s，DC分别为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9，工况4 并没有设置DC=0.1的实验，因为DC=0.1时，tw已经达到了400 s，作用时间过长，且前人研究[9]指出，当DC过小时，可能无法熄灭火焰，由于初始阶段释放水量过少，电池表面温度无法降低，高温持续时间延长，当DC=0.3时，在工作n=13个tT后，需要补充释放tb=1 s，以保证各分组ttotal均为40 s，同理，DC=0.6、0.7、0.9时，在最后一个tT后分别补充释放tb=4 s、5 s、4 s。

固定在电池表面的热电偶会在剧烈的热失控中发生松动，且工业制造上存在误差，各电池的热失控行为可能有所差异，因此各工况须至少进行两次重复试验，以减小误差。各工况均在常温常压环境下进行实验。

2.1 大容量三元锂离子电池的热失控特征

热失控过程如图3所示，温度上升会造成一系列的放热反应，不断增加的热量又会进一步加快化学反应速率，从而导致整个电池发生完全热失控。对比其他正极材料，三元锂离子电池的热失控行为更为剧烈，一方面正极材料分子层面上存在差异，三元锂离子电池在热失控时的产氧量更多，导致更多的电解质被氧化，另一方面三元材料对电解质的分解有促进作用，当电池容量增大时，热失控剧烈程度的差异会更明显[20]。

图3 热失控过程Fig.3 Thermal runaway process

热失控过程中电池背向加热板一侧是与邻近电池的接触面，对热失控传播影响较大，且无法受到细水雾的直接作用，因此取电池背向加热板一侧T4、T5、T6 的均值T作为展现电池温度的参数。工况1 中，当热失控发生时，电压骤降为0，温度迅速上升，如图4(a)、4(b)所示可以分为4 个典型阶段[2]。①起始阶段：以泄压阀打开、喷出火花的现象a为代表，此阶段约为1 s；
②剧烈燃烧阶段：前人研究[21]中，此阶段往往伴随着黑烟出现多级射流火焰，但本实验的大容量三元锂离子电池的现象与普通容量锂离子电池有较大差异，包含CO2、H2、CO 和碳氢化合物的气体混合着电极碎片从泄压阀快速喷出[22]，形成快速释放大量黑烟现象b，当实验平台内部的可燃气体积聚到一定浓度后，会产生猛烈的爆炸现象c，部分研究[22]测得满电三元锂离子电池的产气量达1.8 L/Ah，则本实验电池产气量约270 L，大量的可燃气体使得现象b 和c 多次出现，当电池排气速度减小、火焰不会被吹熄后，才出现猛烈的射流火现象d，此阶段约为25 s；
③稳定燃烧阶段：当电池排气速度继续减小后，火焰高度降低，出现稳定燃烧的现象e，此阶段约为60 s；
④熄灭减弱阶段：表现为明火熄灭的现象f。电池燃烧持续时间为(86±4)s，电池损失质量为(1130±10)g，平均减重速度mt约13.1 g/s，对比前人研究[23]相同加热功率下94 Ah 的三元锂离子电池，其电池燃烧持续时间为140 s，电池损失质量为536.6 g，mt约为3.8 g/s，与前人实验所用电池相比，本实验电池容量增加59.6%，但mt增加244.7%。图4(c)展示了T到达峰值温度Tmax之前的温升速率R的变化情况，热失控发生之后R的最大值Rmax为73.07 ℃/s，Tmax为630 ℃。对比前人研究[24]与本样品正极材料及电解液组分完全相同的50 Ah 三 元 锂 离 子 电 池Rmax为23 ℃/s，Tmax为593 ℃，本实验电池容量增加200%，Tmax仅增加6.2%，但Rmax增加217.7%。发生热失控至出现Tmax这段时间Δt内的电池产热量Q如式(2)表示：

图4 大容量三元锂离子电池的热失控特征Fig.4 Thermal runaway characteristics of large capacity NCM lithium-ion battery

其中，Qsg是Δt内电池内部反应和内短路发生的热量，Qair是空气导致的散热量。而Q与平均产热率q可以用式(3)粗略计算[9,22]：

式中，c是电池比热容，m是热失控后的余重，ΔT是电池表面平均最高温度与开始发生热失控时电池表面平均温度的差值，Δt是开始发生热失控至出现平均最高温度的时间。计算可得150 Ah 三元锂离子电池Q为(879±23)kJ，q为(4444±179)W，对比前人研究[23]相同加热功率下94 Ah 的三元锂离子电池Q为569 kJ，q约为4215 W，本实验电池容量增加59.6%，Q增加54.5%，q增加5.4%。

综上，大容量三元锂离子电池热失控产气量大，会发生多次释放黑烟、爆炸、射流火等剧烈的热失控现象；
大容量电池与普通容量电池相比，Tmax、q基本保持不变，而Rmax、Q的增幅却与电池容量增幅大致相同。因此，相比普通容量电池，大容量三元锂离子电池热失控危险性更高，一方面更大的产气量导致热失控过程中反复多次出现剧烈的燃烧行为，另一方面温升速率增幅明显，电池升温更快。

2.2 细水雾连续释放策略的热失控火灾抑制效果

针对大容量三元锂离子电池热失控更为剧烈和复杂、细水雾抑制火灾效果有限的特点，参考前人相关研究[3-9]，释放灭火剂后的温度变化曲线往往如图5(a)所示，使用如图相关参数对细水雾的灭火效果和冷却效果进行描述。灭火效果中，根据CCCF/XFJJ-01[11]，关注释放灭火剂后明火熄灭所需时间Δtf和复燃持续时间Δtr。冷却效果分为三组参数：第一组是温度，热失控初期电池会出现第一个峰值温度Tmax-1，在灭火剂持续作用下温度降低到一个极小值Tmin，当灭火剂耗尽后电池内部反应仍在继续因此回升到第二个峰温度Tmax-2，之后温度逐渐降低，同时参考CCCF/XFJJ-01[11]，因此关注热失控后900 s 的温度T900s；
第二组是温升速率，关注释放灭火剂过程的平均温升速率Rw，这直接体现了灭火剂的冷却效果，同时关注热失控发生后温升速率的最大值Rmax和最小值Rmin，Ro是灭火剂释放结束至900 s 的时间点的平均温升速率，主要体现的是空气带来的冷却效果；
第三组是产热，Q和q分别为发生热失控至出现Tmax-2的产热量和平均产热率，当有灭火剂作用时式(2)改变为式(4)：

图5 细水雾连续释放策略的抑制效果Fig.5 lnhibition effect of continuous spray strategy of water mist

Qw为灭火剂带走的热量。根据前人研究[25]，细水雾可以通过表面冷却、气相冷却等作用实现更好的冷却效果，从而减小Qsg、增加Qw。

图5(b)～(d)为工况二使用10 MPa细水雾分别连续释放20 s、30 s、40 s的现象及温度变化，右下小图展示了温升速率的变化。灭火效果中，三组Δtf均为4 s，说明连续释放不小于20 s 的10 MPa细水雾即能扑灭150 Ah 三元锂离子电池的热失控火焰，但三组都在细水雾释放结束之后发生了复燃，各组Δtr分别为270 s、58 s、48 s，Δtr会随着ttotal的增加而减小，但降幅逐渐趋缓，三组均未达到CCCF/XFJJ-01中关于复燃的要求，尽管前人研究[16]指出电池火焰辐射对热失控传播的影响很小，但火焰会破坏动力电池包的管线从而造成热管理系统失效，因此有必要持续关注Δtr。冷却效果中，首先是温度参数，可以发现当ttotal=20 s时，并没有出现第一个峰值温度，这说明此时细水雾释放时间过短，带来的散热速度始终小于电池的产热速度，没有阻止电池持续升温；
图5(e)展示了各组的温度参数，Tmax-1与Tmin数值存在波动且重复实验误差较大，说明电池热失控过程不稳定；
Tmax-2与T900s会随着ttotal的增加而降低，ttotal由20 s 延长至30 s 时，Tmax-2、T900s分别下降50 ℃、34 ℃，但ttotal由30 s延长至40 s，Tmax-2、T900s仅下降5 ℃、11 ℃，温度参数降幅逐渐趋缓；
各组T900s均远大于CCCF/XFJJ-01 所规定的150 ℃[11]。从温升速率来看，Rw、Rmax、Rmin会随ttotal的增加呈下降趋势，这说明ttotal越大，冷却效果越好，同时Rw表现出了与温度参数相同的变化规律，即Rw的降幅会随ttotal的增加而逐渐趋缓，ttotal由20 s 延长至30 s 时Rw下降9.14 ℃/s，由30 s延长至40 s时仅下降2.68 ℃/s；
Ro则基本保持不变，这是由于Ro主要体现的是细水雾停止释放后空气带来的冷却效果。图5(f)展示了各组产热的变化情况，Q、q均随着ttotal的增大而减小，而且对比工况一，各组Q分别下降8%、19%、21%，q分别下降28%、46%、48%，q的下降幅度是Q的2～3 倍，因此细水雾的释放不仅降低了电池的产热量，更重要的是降低了电池的产热速率，细水雾对电池的产热有良好的延缓作用，同时Q、q在ttotal由30 s 延长至40 s 时的下降幅度均远小于由20 s 延长至30 s 时，两者的降幅会随ttotal的增加而逐渐趋缓。

综上，从灭火效果来看，细水雾连续释放能够快速扑灭明火但易发生复燃，随着释放时间的增加，复燃持续时间会减小，但降幅会随着释放时间的增加逐渐趋缓；
从冷却效果来看，温度、温升速率、产热量及产热速率均随着释放时间的增加而减小，但同样降幅会趋缓。因此，细水雾对大容量三元锂离子电池仍有较好的火灾抑制效果，在降低电池产热量的同时，产热速率的降幅达到了产热量降幅的2～3倍，起到了延缓作用，且释放时间越长，效果越好。但连续释放策略存在显著缺陷，一方面仍存在复燃现象，另一方面随着释放时间的增加，冷却效率的增幅逐渐趋缓，这意味着该策略如果要追求更高的抑制效率需要更大的耗水量，从而增加了工程应用的难度和成本。

2.3 细水雾脉冲释放策略的热失控火灾抑制效果

细水雾可以隔绝可燃物附近的氧气、降低火焰热辐射并拉长火焰，但其最基础的灭火作用依然是冷却作用[25]。细水雾释放后会沉积到电池表面，表面承载的水量有限，当水膜沸腾带来的汽化速度小于液滴沉降的补充速度时，多余的水会流走，无法进行有效的传热，而脉冲细水雾可以在间歇阶段使残留在表面的液滴蒸发，从而提高了水的利用率，有着更好的冷却作用。在前人对油盘火的研究中，合理设置周期与占空系数是提高脉冲细水雾冷却效果的关键[19]。

图6展示了工况三在相同占空系数下，不同周期对抑制效果的影响。图6(a)展示了连续释放策略中的最优组40 s 与工况三4 组实验的温度变化，5 组实验的ttotal均为40 s。从灭火效果来看，Δtf与连续释放基本一致，但tT=5 s实验组的间歇阶段发生了一次爆炸，脉冲释放各组Δtr=0，均未发生复燃，灭火效果明显优于连续释放。图6(b)展示了工况一、连续释放40 s与工况三在发生热失控后的温升速率，可以发现大容量三元锂离子电池热失控有数个反应峰值且首个持续时间为10 s 的峰值最大，这可能与电池内部结构有关，热失控初始阶段大部分隔膜被破坏，这些隔膜区间首先参与反应，产生了第一个峰值，产生的热量又不断破坏了新的隔膜区间从而产生了后续峰值。连续释放40 s时，第一个反应峰值被大大压缩且温升速率转负，此时内部反应速度减慢，但40 s后细水雾耗尽，而此时电池仍处于会促进内部反应的高温状态，因此剩余物质继续反应，电池重新升温；
而脉冲释放时，水的利用率提高且作用时间延长，使得第一个反应峰值被抑制的同时，也可以对后续峰值持续抑制，温升速率正负交替，从而温度保持基本不变或下降，这在tT=10 s、5 s时更容易被观察到。但值得注意的是，当周期逐渐减小时，在第一个反应峰值10 s内释放到电池表面的水量过少，带来的散热量较为有限，tT=10 s、5 s 的第一个峰值高度出现回升，这与前人研究[9]结论相符，图6(c)所示的Tmax-1、Rmax均随周期的减小呈上升趋势，且在tT=5 s实验组的间歇阶段发生了一次爆炸。而由于不同电池样品之间后续几个反应峰值的出现时间、反应强弱等具体情况存在个体差异，因此Tmin、Rmin数据较为波动且有较大误差。其余参数中，Rw、Ro基本保持不变，而Tmax-2、T900s随着周期的减小而减小，同样Q、q也随着周期的减小而减小。当间歇时间较短时，水蒸发完毕时，下一个释放区间到来，电池表面重新被液膜覆盖，当间歇时间过长时，水被蒸发完毕，温度就会发生回升，进一步加剧电池内部反应，因此周期越短，脉冲细水雾的冷却效果就越好。tT=5 s时的Tmax-2、T900s相比连续释放40 s 分别下降了87 ℃、63 ℃，Q、q相比工况一分别下降了35%和57%，远超连续释放40 s的21%和48%。

图6 不同周期对细水雾脉冲释放策略抑制效果的影响Fig.6 Effect of different periods on inhibition effect of water mist intermittent spray strategy

工况四中，为了便于实验操作，选取tT=10 s展开实验。图7(a)展示了工况四的热失控过程，Δtf与连续释放基本一致，但DC=0.2、0.3实验组均发生了一次爆炸，Δtr=0，亦均未发生复燃，有着良好的灭火效果，同时温度曲线呈现出锯齿状的下降趋势。图7(b)展示了各组的温度与温升速率，与工况三原因相同，Tmin、Rmin数据较为波动且有较大误差，Ro仍基本不变。由于工况四的tT均为10 s，因此在电池热失控第一个反应峰值内释放的水量过少，导致Tmax-1、Rmax均大于连续释放40 s 时的数据，在DC=0.3、0.2两组中，第一个反应峰值所在的10 s内两组仅分别释放3 s、2 s，从而导致Tmax-1大于Tmax-2，这在其他组中是从未见到的。Tmax-2、T900s、Rw均随DC的减小呈整体下降趋势，且均在DC=0.3 处出现了最小值，T900s仅为259 ℃，尽管仍未达到CCCF/XFJJ-01 对于磷酸铁锂离子电池150 ℃的要求[11]，但对于热失控反应极为剧烈的大容量三元锂离子电池，展示出了脉冲细水雾良好的冷却效果。如图7(c)所示，Q、q亦随DC的减小呈整体下降趋势，并在DC=0.3 处出现了最小值，相比工况一，Q、q分别下降了55%、76%，远超连续释放40 s 的21%和48%。如图7(d)所示，对不同DC的Q、q分别进行拟合，R2均大于0.97，拟合效果良好，发现在DC=0.2427、0.2533 处，分别存在Q、q的最小值，相比工况一分别下降了59%、79%。当DC≥0.5 时，冷却效率的提升速度并不明显，而当DC＜0.5时，冷却效率迅速提升。

图7 不同占空系数对细水雾脉冲释放策略抑制效果的影响Fig.7 Effect of different duty cycle factors on the inhibition effect of water mist intermittent spray strategy

综上，脉冲释放策略能够快速扑灭明火且不发生复燃；
相同占空系数下，周期越短，冷却效果越好；
相同周期下，占空系数减小时，冷却速率先升后降，温度、温升速率、产热等指标均在DC=0.3时有着最优的实验表现，拟合后发现在DC=0.25 左右存在整体最优值，这与前人[9]对4 Ah三元锂离子电池热失控火灾使用1000 μm水喷淋系统进行抑制试验的结论大致相同；
但电池内部反应速率在热失控初期存在一个较大的峰值，当周期较短或DC较小时会由于释放水量不足，导致温度迅速上升且可能发生短暂的爆炸，总作用时间也会大大延长，因此实际应用中周期和DC并不是越小越好。因此，针对大容量三元锂离子电池，细水雾脉冲释放策略的灭火效果与冷却效果优于相同耗水量的连续释放策略，脉冲释放能够快速扑灭明火且不发生复燃，有效降低了产热速率和电池表面最高温度。在本文条件下，压力为10 MPa、耗水量为10 L、周期为10 s 的脉冲细水雾，在占空系数为0.3 时存在冷却效果的实验最优值，此时的脉冲释放与相同耗水量下的连续释放相比，产热速率下降了28%，电池表面最高温度下降了176 ℃。

本文以150 Ah 大容量三元锂离子电池为实验对象，研究了连续释放策略和脉冲释放策略下使用10 MPa 细水雾对热失控火灾的抑制效果，结论如下：

（1）相比普通容量电池，大容量三元锂离子电池热失控危险性更高，热失控过程中会反复出现多次剧烈的燃烧行为，温升速率增幅明显。但细水雾对其仍有较好的火灾抑制效果，且释放时间越长，灭火效果与冷却效果越好。

（2）针对大容量三元锂离子电池，细水雾脉冲释放策略的灭火效果与冷却效果优于相同耗水量的连续释放策略。连续释放时仍存在复燃现象，且随着释放时间的增加，冷却效率的增幅逐渐趋缓，而脉冲释放能够快速扑灭明火且不发生复燃，有效降低了产热速率和电池表面最高温度。

（3）本文条件下，耗水量为10 L、周期为10 s的脉冲细水雾，在占空系数为0.3 时存在冷却效果的实验最优值，此时的脉冲释放与相同耗水量下的连续释放相比，产热速率下降了28%，电池表面最高温度下降了176 ℃。

推荐访问:水雾 火灾 大容量