Pin lithium-ion có nhiều ưu điểm như năng lượng riêng cao, công suất riêng cao và nền tảng điện áp cao, có triển vọng ứng dụng tốt trong lưu trữ năng lượng và xe điện năng lượng mới. Cấu trúc cell của pin lithium-ion hiện có có thể được chia thành cấu trúc lớp và cấu trúc quấn. So với cấu trúc quấn, cấu trúc xếp chồng có thể tăng dung lượng pin và giảm điện trở bên trong. Tuy nhiên, phương pháp sắp xếp này có thể dễ dàng dẫn đến phân bố nhiệt độ không đều dọc theo hướng mặt phẳng của pin trong quá trình xả tốc độ cao. Để phân tích vấn đề phân bố nhiệt độ pin không đồng đều, có thể thiết lập một mô hình mô phỏng pin chính xác để làm rõ các đặc điểm của phân bố trường nhiệt độ, nhằm cung cấp cho các nhà sản xuất pin nhiều thông tin hơn về việc tối ưu hóa cấu trúc pin.

Phương pháp phần tử hữu hạn thường được sử dụng để phân tích mô phỏng nhiều trường vật lý trong pin. Trong mô hình hóa, các nhà nghiên cứu thường sử dụng mô hình tham số cục bộ không phân lớp để phân tích phân bố trường nhiệt độ của pin bằng cách ghép nối một mô hình một chiều. Hoặc bỏ qua độ dốc nhiệt độ theo hướng độ dày của pin và chỉ phân tích phân bố nhiệt độ bề mặt của pin. Trên thực tế, pin lithium-ion có cấu trúc phân lớp ba chiều và các nguồn nhiệt khác nhau ở các bộ phận khác nhau, điều này tất yếu dẫn đến phân bố nhiệt độ không đồng đều bên trong pin. Để dự đoán chính xác hơn sự phân bố điện hóa và trường nhiệt độ của từng lớp pin lithium-ion, bài báo này thiết lập mô hình ghép nối nhiệt điện hóa một lớp ba chiều dựa trên phần mềm phân tích trường vật lý đa lớp và nghiên cứu các đặc điểm và phân bố trường nhiệt độ của các bộ phận khác nhau của pin trên cơ sở này. Công trình nghiên cứu trong bài viết này có thể cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc tối ưu hóa cấu trúc của pin lithium-ion và phát triển quản lý nhiệt pin.

1 Mô hình nhiệt

Bài viết này lấy pin lithium-ion xếp chồng hình vuông làm đối tượng nghiên cứu. Pin bao gồm 60 cặp điện cực xếp chồng lên nhau, mỗi cặp gồm năm phần: bộ thu dòng điện cực dương, vật liệu hoạt động cực dương, vật liệu hoạt động cực âm và bộ thu dòng điện cực âm. Trong quá trình xả, dòng điện chạy qua tai điện cực âm, đi qua màng ngăn và điện cực dương và âm, và cuối cùng chảy ra khỏi tai điện cực dương. Trong quá trình này, các phản ứng hóa học và điện hóa phức tạp và các quá trình vận chuyển vật liệu sẽ được quan sát, dẫn đến những thay đổi trong trường nhiệt độ bên trong của pin. Để ứng phó với hiện tượng này, bài viết này thiết lập một mô hình ghép nhiệt điện hóa ba chiều bằng cách ghép khối lượng, điện tích, bảo toàn năng lượng và động học điện hóa. Nghiên cứu các đặc tính điện hóa và nhiệt của pin trong quá trình xả.

2 Kiểm tra

Trong mô hình phân phối ba chiều, chúng tôi tập trung vào các đặc điểm phân phối bên trong của hệ thống điện hóa, bao gồm phân phối điện thế, phân phối SOC, phân phối mật độ dòng điện và phân phối nồng độ ion lithium. Do khó khăn trong việc đo các đặc điểm phân phối điện hóa của pin thông qua các thí nghiệm, bài viết này xác minh chúng bằng cách so sánh các đặc điểm điện hóa bên ngoài của pin. Nền tảng thử nghiệm chủ yếu bao gồm buồng nhiệt độ cao và thấp DGBELL , tủ sạc và xả và phần mềm mô phỏng trường vật lý đa dạng. Trước khi thử nghiệm, hãy sạc pin đến khi sạc đầy bằng dòng điện 1 C và để yên trong 1 giờ. Sau đó, thực hiện xả dòng điện không đổi 1 C và 2 C trên pin và ghi lại các thay đổi điện áp trong quá trình xả. Sau khi so sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm, có thể thấy rằng tính nhất quán giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng là tốt và độ chính xác của mô hình đã được xác minh.

2.1 Phân bố mật độ dòng điện

Mật độ dòng điện phân bố trên các cực thu dòng điện dương và âm của pin khi kết thúc quá trình xả 2 C. Trong quá trình xả, toàn bộ dòng điện chạy từ mạch ngoài vào tai điện cực âm và được phân bố khắp vùng thu dòng điện âm. Khi khoảng cách từ tai điện cực âm tăng lên, mật độ dòng điện giảm dần. Điều này là do một phần dòng điện chạy vào tai cực chảy vuông góc với hướng của cấu trúc bánh sandwich. Dòng điện chạy qua cell pin được gọi là dòng điện làm việc cục bộ, dòng điện này truyền các điện tích tham gia vào phản ứng điện hóa từ điện cực âm sang điện cực dương. Trong quá trình pin hoạt động, sự phân bố không đều của dòng điện làm việc cục bộ có thể dẫn đến quá tải hoặc xả cục bộ, do đó ảnh hưởng đến sự an toàn và tuổi thọ của pin. Do đó, việc hiểu thông số chính này là vô cùng quan trọng.

Trong quá trình xả, mật độ dòng phản ứng ở vùng tai cực thay đổi từ giá trị cực đại sang giá trị cực tiểu. Điều này có thể là do trong quá trình xả chùm tia, các ion lithium trong chất điện phân ở vùng tai cực gần như cạn kiệt, do đó làm giảm tốc độ phản ứng điện hóa gần tai cực. Khi kết thúc quá trình xả, có một gradient đáng kể trong mật độ dòng phản ứng của pin, có thể là do sự phân cực nồng độ lớn của pin ở giai đoạn xả sau, dẫn đến sự phân bố gradient đáng kể của mật độ dòng phản ứng. Tuy nhiên, trong quá trình xả, gradient của mật độ dòng phản ứng điện cực không đáng kể, cho thấy tốc độ phản ứng điện hóa bên trong điện cực về cơ bản là ổn định.

2.2 Phân phối tiềm năng

Sự đồng đều của phân bố điện thế ảnh hưởng đến hiệu suất của pin. Điện thế cục bộ cao của pin có thể dẫn đến sự không đồng đều nghiêm trọng trong hiệu suất của các tấm pin, làm giảm hiệu suất của pin. Trong quá trình xả 2C, sự phân bố điện thế pha rắn của anot và catot chỉ ra sự tồn tại của sự phân bố gradient điện áp đáng kể trong quá trình xả. Trong quá trình xả, dòng điện chảy vào pin từ điện cực âm và sau đó chảy ra khỏi điện cực dương. Theo định luật Ohm, điện thế giảm theo hướng của dòng điện. Do đó, điện thế cao nhất của anot nằm ở tai điện cực âm, trong khi điện thế thấp nhất của catot nằm ở tai điện cực dương. Ngoài ra, do sự tích tụ của dòng điện chạy vào hoặc ra khỏi pin tại các tai điện cực, sự thay đổi điện thế trong vùng kết nối giữa các tai điện cực và tấm điện cực rất không đồng đều và sự phân bố điện thế ở các phần còn lại của tấm điện cực tương đối đồng đều.

2.3 Phân tích đặc tính nhiệt độ

Quá trình xả của pin lithium-ion là một quá trình dẫn nhiệt tạm thời điển hình đôi khi thay đổi từ nguồn nhiệt bên trong. Phân bố trường nhiệt độ của pin với độ sâu xả khác nhau trong điều kiện xả 2 C. Trong quá trình xả, nhiệt độ của pin liên tục tăng. Tuy nhiên, tốc độ tăng nhiệt độ của pin không giống nhau ở các vị trí khác nhau. Trong giai đoạn đầu của quá trình xả, tốc độ tăng nhiệt độ gần vùng tai cực cao hơn, trong khi tốc độ tăng nhiệt độ xa vùng tai cực thấp hơn.

Khi quá trình xả sâu hơn, tốc độ tăng nhiệt độ ra khỏi tai điện cực tăng lên, có thể là do sự cạn kiệt các ion lithium tại tai điện cực trong giai đoạn xả sau, dẫn đến giảm mật độ dòng điện phản ứng trong vùng tai điện cực và giảm tốc độ sinh nhiệt Ohmic. Tuy nhiên, ở vùng đáy của pin, do mức tiêu thụ lưu lượng thấp trong giai đoạn đầu của quá trình xả ion lithium, nên hàm lượng ion lithium tương đối dồi dào trong giai đoạn xả sau và số lượng ion lithium tham gia phản ứng tăng đáng kể, dẫn đến tăng mật độ dòng điện của phản ứng đáy pin và tăng tốc độ sinh nhiệt Ohmic trong giai đoạn xả sau. Trong quá trình xả, mật độ dòng điện phản ứng trong vùng điện cực dương đã thay đổi từ giá trị cực đại sang giá trị cực tiểu, chứng minh thêm cho kết quả mô phỏng.

3 kết luận

Bài báo này đề xuất một mô hình ghép nối điện hóa ba chiều bằng cách ghép nối khối lượng, điện tích, năng lượng và các phương trình động học điện hóa. Sử dụng mô hình này, sự phân bố không gian-thời gian của các đặc điểm nhiệt của pin lithium-ion xếp chồng đã được nghiên cứu. Các kết luận chính như sau:

(1) Phân tích chính xác các thay đổi trường nhiệt độ và đặc điểm sinh nhiệt của pin ion tuyết tùng ghép nhiệt ba chiều và điện hóa ba chiều.

(2) Bằng cách thiết lập mô hình liên kết nhiệt điện hóa ba chiều, các phương pháp thực nghiệm truyền thống có thể thu được kết quả khó thu được như phân bố điện thế cục bộ và phân bố mật độ dòng điện của pin

(3) Trong quá trình xả dòng điện không đổi, có sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể bên trong pin, đặc biệt là ở vùng chuyển tiếp giữa tai và tấm, nơi có sự chênh lệch nhiệt độ thay đổi nhiều nhất.

(4) Tốc độ tăng nhiệt độ của pin ở các vị trí khác nhau trong quá trình xả không giống nhau. Trong giai đoạn đầu của quá trình xả, tốc độ tăng nhiệt độ ở vùng tai cực là cao nhất, trong khi tốc độ tăng nhiệt độ ở vùng đáy của pin xa tai cực tương đối nhỏ. Tuy nhiên, có xu hướng tăng lên ở giai đoạn xả sau. Mô hình nhiệt điện hóa ba chiều được thiết lập trong bài viết này cung cấp một phương pháp hiệu quả để quan sát hành vi nhiệt và điện hóa bên trong của pin lithium-ion và có triển vọng ứng dụng tốt trong việc hướng dẫn thiết kế tối ưu hóa cấu trúc monome pin lithium

2.1 Hiện tượng cháy

Khi được làm nóng từ bên dưới, quá trình đốt cháy thông thường của pack pin lithium-ion có thể được chia thành sáu giai đoạn sau dựa trên mức độ nghiêm trọng của quá trình đốt cháy.

(1) Giai đoạn gia nhiệt. Sau khi lò nung liên tục làm nóng điện cực âm của cụm pin lithium trong một khoảng thời gian, khói sẽ dần hình thành trên bề mặt pin, một phần trong số đó xuất phát từ hư hỏng của điện cực dương của cell pin lithium. Điều này là do nắp điện cực dương của cell pin có thể được nhìn thấy bị rửa trôi bởi áp suất không khí tại địa điểm thử nghiệm hoặc trong video. Điều này chỉ ra rằng một phản ứng dữ dội đã xảy ra bên trong pin do quá trình gia nhiệt liên tục, tạo ra một lượng lớn khí, sau đó là một lượng nhỏ chất điện phân thoát ra từ điện cực dương của pin, như thể hiện trong (a).

(2) Giai đoạn cháy. Trong thí nghiệm, người ta quan sát thấy pin tạo ra một lượng khói lớn trước khi đánh lửa, trong đó có nhiều chất dễ cháy, bao gồm cả những chất sinh ra từ phản ứng bên trong của pin, cũng như những chất sinh ra từ quá trình phân hủy nhiệt của vật liệu đóng gói của bộ pin. Sau khi nhiệt tích tụ đến một mức độ nhất định, quá trình đánh lửa xảy ra, như thể hiện ở (b).

(3) Giai đoạn đánh lửa. Đối với điều kiện thử nghiệm gia nhiệt từ dưới lên, phần giữa của pin lithium nhận được nhiệt tập trung nhất, như thể hiện trong ô gạch ngang màu đỏ ở Hình 4 (a). Do đó, phần giữa của bộ pin bắt đầu được đánh lửa trên một diện tích lớn, sau đó lan ra các khu vực xung quanh. Vật liệu bên trong cell pin cũng bị phun ra, như thể hiện trong (c).

(4) Giai đoạn phun. Sau khi bề mặt của cụm pin lithium bắt lửa, nhiệt độ tăng đột ngột, khiến van an toàn của các cell pin lần lượt mở ra, sau đó khí dễ cháy được phun ra ngoài, như thể hiện ở (d), kèm theo chất điện phân bắn tung tóe khắp nơi, như thể hiện ở (e). Ở giai đoạn này, hiện tượng dễ thấy là cháy dữ dội và tiếng nổ dữ dội. Các cell pin cũng bắn tung tóe khắp nơi dưới áp suất bên trong, khiến việc thu thập các thay đổi nhiệt độ trong quá trình thử nghiệm trở nên khó khăn. Cặp nhiệt điện được bố trí trước khi thử nghiệm dễ bị hư hỏng hoặc di chuyển do vụ nổ này và không thể đảm bảo đo nhiệt độ thay đổi theo thời gian thực tại cùng một vị trí.

(5) Giai đoạn đốt cháy tổng thể. Khi van an toàn của hầu hết các cell pin lithium được xả mở, cụm pin lithium sẽ bước vào giai đoạn đốt cháy tổng thể, tại đó chiều cao ngọn lửa cao hơn và thể tích ngọn lửa lớn hơn, như thể hiện ở (f).

(6) Giai đoạn suy yếu. Sau khi vật liệu dễ cháy bên trong pin dần dần bị đốt cháy, ngọn lửa sẽ tắt.

Khi bộ pin lithium được làm nóng từ bên cạnh, quá trình đốt cháy được thể hiện trong hình và toàn bộ giai đoạn đốt cháy gần giống với điều kiện làm nóng dưới cùng, bao gồm đánh lửa, đánh lửa, phun và các quá trình khác. Theo quan điểm về thời gian đánh lửa, ngoại trừ việc giảm đáng kể thời gian đánh lửa trong Thử nghiệm 2, hai phương pháp làm nóng trong bài viết này không có tác động đáng kể đến thời gian đánh lửa. Tuy nhiên, sau khi tăng gấp đôi công suất, từ 1 kW lên 2 kW, chẳng hạn, so với Thử nghiệm 3 và Thử nghiệm 1, và Thử nghiệm 5 và Thử nghiệm 4, ở cùng một vị trí làm nóng, việc tăng công suất sẽ rút ngắn đáng kể thời gian đánh lửa.

Như thể hiện ở (a), mặt bên của bộ pin lithium được làm nóng bằng nguồn nhiệt bức xạ bên ngoài. Sau một khoảng thời gian, bộ pin gần nguồn nhiệt nhất sẽ bắt lửa trước, như thể hiện ở (b), sau đó cháy và lan từ phải sang trái.

Van an toàn của cell pin gần ngọn lửa nhiệt độ cao bị đẩy mở, tạo ra khói trắng, như thể hiện ở (c), kèm theo hiện tượng tia lửa bắn ra, như thể hiện ở (d), Điều này cho thấy chất điện phân bên trong cell pin bị phun ra ngoài. Ngọn lửa trên bề mặt của cụm pin dần tắt trong quá trình lan truyền, trong khi pin chưa bắt lửa vẫn đang trải qua phản ứng dữ dội bên trong.

Lúc này, có thể quan sát thấy một lượng lớn khói trắng, như thể hiện ở (f), là khí được tạo ra bởi phản ứng bên trong của cell pin. Khi gặp nhiệt độ cao, tia lửa hoặc năng lượng đánh lửa tương tự, pin sẽ bị đánh lửa lại, như thể hiện ở (g), cho đến khi ngọn lửa tắt hoàn toàn. Từ kết quả thử nghiệm, có thể thấy rằng khi mặt bên của cụm pin lithium quá nóng, cường độ cháy của pin sẽ giảm dần theo khoảng cách tăng dần và hiện tượng đánh lửa lại ngắt quãng sẽ xảy ra nhiều lần.

Các cell pin lithium được kết nối theo chuỗi và song song để tạo thành một cụm pin trong quá trình sử dụng và mỗi cell pin được quản lý thông minh thông qua Hệ thống quản lý pin (BMS). Sau khi được đánh lửa bằng nguồn nhiệt bức xạ bên ngoài, cụm pin sẽ trải qua quá trình cháy nổ và dữ dội. Một số cell pin sẽ tách khỏi cụm pin dưới áp suất tạo ra bởi các phản ứng bên trong, bắn tung tóe khắp nơi và vật liệu màng ngăn bên trong cũng sẽ tràn ra ngoài.

Do thiết kế van an toàn điện cực dương của cell pin, khi khí được tạo ra bởi các phản ứng hóa học bên trong, áp suất sẽ rò rỉ ra ngoài qua van an toàn, do đó làm giảm nguy cơ hư hỏng thành ngoài của cell pin do áp suất bên trong.

Đối với một bộ pin lithium, nếu một trong các pin bị đánh lửa do nhiệt hoặc bắt lửa do các yếu tố bên ngoài, các cell pin lithium xung quanh sẽ phải chịu sự truyền nhiệt từ thành pin, hoặc cặn nhiệt độ cao phun ra sẽ cháy, hoặc bức xạ nhiệt do ngọn lửa trần tạo ra sẽ đốt cháy các cell pin xung quanh, mở rộng thêm vùng đánh lửa mà không làm đám cháy lan rộng ngay lập tức do thành pin nổ. Điều này chỉ ra rằng so với mặt bên của bộ pin lithium, đáy pin (điện cực âm) của nó cần được bảo vệ tốt hơn để chống cháy.

Quá trình lan truyền cháy của bộ pin lithium trong điều kiện quá nhiệt trước tiên thay đổi theo nhiệt độ của pin. Bằng cách đo lường sự thay đổi và phân bố nhiệt độ bên trong bộ pin, có thể phân tích định lượng hành vi cháy của bộ pin lithium. Điều này có ý nghĩa to lớn đối với cách kiểm soát đám cháy tốt hơn và phát triển các công nghệ chữa cháy mới và hiệu quả.

2.2 Phân bố nhiệt độ

Sự thay đổi nhiệt độ bên trong của một bộ pin lithium khi được làm nóng ở đáy. Từ những thay đổi trong đường cong lịch sử nhiệt độ, có thể quan sát thấy ba giai đoạn khác nhau của quá trình phát triển nhiệt độ mất kiểm soát của pin, điều này phù hợp với kết quả thu được từ phân tích hiện tượng cháy ở phần trước.

Trong giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ tăng chậm và có thể thấy nhiệt độ của T 1 tăng nhanh hơn các nhiệt độ khác. Vị trí đo được của nó nằm ngay tại khu vực trung tâm của bộ pin, nơi nó nhận được nhiều nhiệt nhất. Sau khi van an toàn dương của cell pin được mở, khói trắng bốc lên, cho biết phản ứng dữ dội đang xảy ra bên trong cell pin, tạo ra khí.

Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, khí dễ cháy được tạo ra sẽ kích hoạt quá trình đánh lửa của cell pin. Tại thời điểm này, đường cong nhiệt độ cho thấy một điểm ngoặt hướng lên mạnh. Tại thời điểm đánh lửa, nhiệt độ của T 1 là khoảng 139 ℃, đồng thời, nhiệt độ tại vị trí T 3 ngay lập tức tăng lên, nguyên nhân là do sự lan truyền của ngọn lửa. So với các vị trí T 2 và T 3, khoảng cách theo đường thẳng giữa T 4 và T 1 là xa nhất. Nếu tính toán dựa trên kích thước tối đa của cell pin, khoảng cách giữa T 4 và T 1 là khoảng 99 mm, chênh lệch thời gian đánh lửa là 89 giây và tốc độ lan truyền cháy là khoảng 1,1 mm/giây.

Sau khi một bộ pin lithium bắt lửa, nó sẽ trải qua các hiện tượng như phun và nổ, trong đó nhiệt độ sẽ tiếp tục tăng và cuối cùng đi vào giai đoạn đốt cháy toàn bộ. Nhiệt độ đốt cháy tối đa của bộ pin vượt quá 700 ℃.

Khi mặt bên của bộ pin lithium được làm nóng, vị trí đo của cặp nhiệt điện đã được điều chỉnh, sắp xếp từ gần đến xa so với vị trí nguồn nhiệt bức xạ và đường cong lịch sử nhiệt độ điển hình được đo trong thí nghiệm đã được điều chỉnh.

So với điều kiện gia nhiệt dưới đáy, có một số khác biệt đáng kể về phân bố nhiệt độ khi mặt bên của bộ pin lithium được gia nhiệt. Mặc dù có một số đỉnh nhiệt độ, điều này có nghĩa là nó đang ở trạng thái cháy ngọn lửa trần tại thời điểm này, nhưng sự phân bố đỉnh nhiệt độ ở chế độ gia nhiệt dưới đáy lại diễn ra trong một khoảng thời gian dài hơn. Điều này chủ yếu là do điều kiện gia nhiệt của bộ pin lithium khác nhau trong hai điều kiện làm việc khác nhau.

Khi đáy được làm nóng, điện cực âm của cell pin lithium liên tục được làm nóng và hầu hết các cell pin được làm nóng trực tiếp sẽ đẩy nhanh các phản ứng hóa học trong khoảng thời gian tập trung hơn. Sau khi mất kiểm soát nhiệt, chúng sẽ bắt lửa và cuối cùng biểu hiện hiện tượng cháy toàn bộ. Tuy nhiên, khi được làm nóng ở bên cạnh, vị trí xa nguồn nhiệt hơn, chẳng hạn như T 4, sẽ nhận được ít nhiệt hơn và nhiệt độ sẽ không tăng đáng kể cho đến khi kết thúc quá trình đốt cháy, Điều này chủ yếu là do khi cụm pin được làm nóng ở bên cạnh, nó biểu hiện kiểu cháy lan từ phải sang trái và sẽ có hiện tượng dập tắt và đánh lửa lại ở giữa. Nếu không có quá trình gia nhiệt bên ngoài liên tục, hình thức cháy này khó đạt được sự lan tỏa cháy liên tục.

Ngoài ra, có thể quan sát thấy nhiệt độ đánh lửa tại T 1 trong quá trình đánh lửa là khoảng 90 ℃, thấp hơn khi điện cực âm dưới cùng được làm nóng và nhiệt độ cao nhất sau khi đánh lửa cũng vào khoảng 550 ℃, thấp hơn đáng kể so với khi làm nóng đáy. Kết quả phân tích nhiệt độ trên cho thấy so với gia nhiệt bên, điện cực âm ở dưới cùng của bộ pin lithium bị cháy nghiêm trọng hơn do nhiệt độ tăng đột biến khi được làm nóng, biểu hiện cụ thể ở diện tích lan truyền cháy lớn hơn và nhiệt độ ngọn lửa cao hơn.

Nhiệt độ thay đổi trong điều kiện làm việc 3, so với điều kiện làm việc 1, đều là gia nhiệt từ dưới lên, điểm khác biệt là công suất gia nhiệt đã tăng lên 2 kW. Đồng thời, ở giữa quá trình đốt cháy, sương mù nước được bật để dập tắt đám cháy và kiểm tra khả năng dập lửa và làm mát của nó. Có thể thấy rằng khi công suất gia nhiệt tăng lên, thời gian đánh lửa được đẩy nhanh hơn. Lý do rất rõ ràng. Nhiệt bên ngoài nhận được càng cao, phản ứng hóa học bên trong cell pin sẽ càng mạnh và sự mất kiểm soát nhiệt sẽ dẫn đến thời gian đánh lửa ngắn hơn.

Tuy nhiên, trong quá trình đánh lửa, không có sự khác biệt đáng kể về nhiệt độ giữa T 1 và điều kiện vận hành công suất thấp hơn, mà là giữa 120 và 139 ℃. Ngoài ra, nhiệt độ tại các vị trí T 2, T 3 và T 4 trong điều kiện vận hành 3 thấp hơn nhiệt độ ở công suất gia nhiệt 1 kW. Điều này có thể chỉ ra rằng dưới tác động của nhiệt bức xạ bên ngoài, bộ pin lithium sẽ chỉ bắt lửa và cháy khi nhiệt độ tăng đến một phạm vi cụ thể.

Cần lưu ý rằng nhiệt độ đánh lửa được liệt kê trong Bảng 2 có thể không phải là nhiệt độ đánh lửa tối thiểu thu được do điểm thu thập bị hạn chế. Tuy nhiên, ở một mức độ nào đó, điều này có thể chứng minh sự cần thiết của việc theo dõi thời gian thực các thay đổi về nhiệt độ tăng của từng cell pin thông qua hệ thống quản lý pin. Bằng cách thiết lập ngưỡng nhiệt độ, khi nhiệt độ cục bộ tăng của cụm pin lithium vượt quá giá trị này, các biện pháp cảnh báo và phòng ngừa sẽ được khởi tạo để ngăn toàn bộ cụm pin bắt lửa do nhiệt độ tăng.

Toàn bộ thời gian cháy là 218 giây từ lúc bắt đầu đánh lửa ở t = 780 giây đến lúc bắt đầu phun sương nước ở t = 998 giây. Sau khi phun sương nước để dập tắt đám cháy, nhiệt độ ở T 3 và T 4 giảm nhanh chóng. Sau khi phun liên tục trong 30 giây, nhiệt độ giảm xuống dưới 100 ℃. Sau khi ngừng phun, không xảy ra cháy lại. Kết quả thực nghiệm cho thấy phun sương nước có thể dập tắt đám cháy và làm mát hiệu quả, ngăn ngừa cháy bùng phát trở lại.

So với chữa cháy bằng khí, sương nước có thể là một chất chữa cháy tốt có thể liên tục làm mát pin lithium-ion khi cháy. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng trong các ứng dụng thực tế, vết nước do sương nước tạo ra có thể gây hư hỏng thiết bị rộng rãi và hư hỏng thứ cấp. Ngoài ra, sương nước có đường kính giọt lớn cũng có thể gây ra hiện tượng đoản mạch hoặc phóng điện pin, làm trầm trọng thêm tình trạng mất kiểm soát nhiệt và tăng quy mô cháy. Do đó, việc lựa chọn phương pháp chữa cháy cụ thể cần được phân tích dựa trên đối tượng chữa cháy. Và cơ sở cho các ứng dụng cụ thể này là dữ liệu thực nghiệm, vì vậy rất cần phải tiến hành thêm các thí nghiệm chữa cháy quy mô lớn hơn, đặc biệt là các thí nghiệm chữa cháy quy mô lớn, để nghiên cứu các đặc tính cháy của cụm pin lithium và kiểm tra hiệu quả của các phương pháp chữa cháy khác nhau.

3 Kết luận

Bài viết này tiến hành thử nghiệm đốt cháy trên bộ pin lithium-ion 18650 ba thành phần được tạo ra bằng cách nung nóng và thu được những kết luận sau.

(1) So với quá nhiệt ở bên cạnh, khi điện cực âm ở đáy của bộ pin lithium quá nhiệt, mức độ cháy sẽ nghiêm trọng hơn và pin sẽ liên tục phun và cháy. Đối với quá nhiệt ở bên cạnh, cường độ cháy trong bộ pin lithium sẽ yếu đi khi khoảng cách từ nguồn nhiệt tăng lên và sẽ xảy ra hiện tượng đánh lửa lại nhiều lần. Ngoài ra, công suất nguồn nhiệt tăng sẽ rút ngắn thời gian đánh lửa của bộ pin lithium và tăng cường độ cháy của chúng.

(2) Kết quả thử nghiệm cho thấy nhiệt độ thoát nhiệt của điện cực âm dưới cùng của bộ pin lithium ba thành phần khi quá nhiệt là từ 120~139 ℃. Trong những điều kiện này, nhiệt độ cháy tối đa sẽ tăng theo công suất nguồn nhiệt tăng và nhiệt độ tối đa có thể đạt tới 800 ℃.

(3) Phun sương nước tinh khiết vào bộ pin lithium đang cháy có thể dập tắt đám cháy hiệu quả và giảm nhiệt độ. Phun liên tục có thể làm giảm nhiệt độ pin xuống dưới nhiệt độ tới hạn mà không cần đánh lửa lại. Điều này cho thấy phun sương nước có thể là phương pháp chữa cháy hiệu quả đối với đám cháy pin lithium-ion, nhưng việc áp dụng nó có thể gây ra thiệt hại thứ cấp như ô nhiễm nước và phóng điện ngắn mạch, cần phải lựa chọn cẩn thận dựa trên nhu cầu chữa cháy.