詳解高溫高壓爆炸極限試驗儀進(jìn)行產(chǎn)氣爆炸特性研究

　　鋰離子電池熱失控過(guò)程會(huì )產(chǎn)生由多種可燃組分構成的混合氣體，這種熱解氣一旦被點(diǎn)燃會(huì )出現不可控的嚴重后果。測定鋰電池熱失控產(chǎn)氣的爆炸極限與極限氧濃度，可為儲能電站等爆炸性環(huán)境的氧濃度控制提供理論依據，有效預防爆炸和火災事故;也可為地下車(chē)庫等應用場(chǎng)景的通風(fēng)設計提供數據支持，提高公共安全性。
 

　　本次實(shí)驗選擇應用于儲能站的265Ah磷酸鐵鋰電芯，通過(guò)人工配氣模擬其熱失控所產(chǎn)生的混合氣體，并使用高溫高壓爆炸極限試驗儀進(jìn)行產(chǎn)氣爆炸特性研究。實(shí)驗結果表明，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)驗部分
 

　　1. 樣品準備
 

　　(1)氮氣：純度不低于99.8 %(體積分數)。
 

　　(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(jiàn)GB/T 21844-2008 化合物(蒸氣和氣體)易燃性濃度限值的標準試驗方法;GB/T 12474-2008空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法。
 

　　(2)極限氧濃度測定
 

　　參見(jiàn)GB/T 38301-2019可燃氣體或蒸氣極限氧濃度測定方法。
 

　　三、實(shí)驗結果
 

　　1. 燃燒判定標準
 

　　根據GB/T 21844-2008 化合物(蒸氣和氣體)易燃性濃度限值的標準試驗方法中提到的火焰的傳播的定義：在本試驗中，火焰前沿從點(diǎn)火源向上或向外到達器壁或至少離器壁13mm處的運動(dòng)過(guò)程。向外擴散運動(dòng)說(shuō)明火焰前沿存在水平分量。
 

　　2. 爆炸極限實(shí)驗結果
 

　　(1)爆炸下限
 

　　進(jìn)行爆炸下限測試時(shí)，測得接近火焰傳播和火焰不傳播時(shí)的實(shí)驗效果如實(shí)驗錄像1所示，可以計算爆炸下限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)，測得接近火焰傳播和火焰不傳播時(shí)的實(shí)驗效果如下，可以計算爆炸上限UEL=0.5×(41.043+40.225)%=40.63%。
 

　　3. 極限氧濃度實(shí)驗結果
 

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

　　通過(guò)程序實(shí)驗逐步確定爆炸區頂點(diǎn)空氣體積分數(Xair，L)，并測定0.8倍頂點(diǎn)惰性氣體體積分數(0.8 Xin，L)的混合氣體爆炸極限，以驗證極限空氣濃度LAC位于爆炸區頂點(diǎn)，此時(shí)：
 

　　LAC= Xair，L = 35.89%
 

　　隨后可通過(guò)公式計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，也可以表征爆炸區范圍，反映電池產(chǎn)氣的爆炸區臨界濃度分布規律。
 

　　四、結論
 

　　本文利用高溫高壓爆炸極限試驗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。以該數據為基礎，通過(guò)提高惰性氣體濃度或降低氧濃度進(jìn)行抑爆設計，可以有效預防爆炸風(fēng)險，提高儲能電站等應用場(chǎng)景的安全性。