Dựa trên thí nghiệm về đặc tính cháy do nhiệt của pin lithium, các đặc tính cháy do nhiệt của các ion lithium 18650 với lượng điện tích là 20%, 30%, 50%, 70% và 100% đã được tóm tắt, bao gồm sự lan truyền cháy do nhiệt, tốc độ giải phóng nhiệt, nhiệt độ, mất khối lượng và khí giải phóng. Phân tích các đặc tính rủi ro của cháy do nhiệt của pin lithium trong buồng lái, cabin và khoang hàng, cũng như khả năng của hệ thống chữa cháy và thông gió bên trong và các cơ sở khác để chống lại các đám cháy pin lithium. Giới thiệu thí nghiệm cháy do nhiệt trong môi trường thay đổi chuyến bay mô phỏng, cung cấp tài liệu tham khảo để phát triển các thí nghiệm liên quan đến pin lithium quy mô lớn.

Pin bị mất kiểm soát nhiệt do quá trình gia nhiệt, đoản mạch hoặc va chạm lực bên ngoài, không chỉ giải phóng một lượng lớn khí và nhiệt một cách dữ dội mà còn dễ dàng lan truyền từ pin này sang pin khác. Mặc dù hiện tượng mất kiểm soát nhiệt khác nhau tùy thuộc vào loại pin, nhưng có thể tóm tắt thành bốn giai đoạn: đầu tiên, khí luân phiên được đẩy ra từ các lỗ nhỏ (lớp vỏ bên ngoài bị đốt cháy để tạo thành các lỗ nhỏ), sau đó các chất bên trong thoát ra khỏi các lỗ nhỏ hiện có ở đầu dương, sau đó các chất bên trong bị đẩy ra và cuối cùng là tất cả các chất bên trong bị đẩy ra. Khi đứng thẳng, dễ xảy ra nổ theo hướng nằm ngang và khí và chất điện phân được giải phóng theo hướng thẳng đứng. Các chất bị đẩy ra chủ yếu là đồng, than chì và nhôm.

1 Ảnh hưởng của lượng điện tích đến đặc tính thoát nhiệt

Về nghiên cứu ảnh hưởng của Trạng thái sạc (SOC) đến đặc tính thoát nhiệt của pin lithium-ion, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng nhiệt độ tự bốc cháy của pin niken coban 18650 là khoảng 10 ℃. Độ ổn định nhiệt của pin lithium-ion giảm khi SOC tăng và hiệu ứng dây chuyền domino của sự lan truyền thoát nhiệt đã được xác minh.

Khi SOC của pin tăng, nhiệt độ bắt đầu của quá trình thoát nhiệt giảm dần, trong khi nhiệt độ kết thúc của quá trình thoát nhiệt tăng dần, và tổn thất khối lượng tăng dần. Khi SOC bằng 0%, hàm lượng CO trong khí sinh ra là cao nhất và độc tính khói là mạnh nhất; Ở mức 50%, lượng khí thải sinh ra là tối đa, nhưng hàm lượng CO tương đối thấp và đặc điểm của quá trình đốt cháy phản lực của pin lithium-ion là rõ ràng nhất

1.1 Truyền nhiệt độ mất kiểm soát

Pin lithium-ion 18650 có SOC là 20%, 30%, 50%, 70% và 100% được chia thành 5 nhóm, mỗi nhóm bao gồm 4 pin và 1 bộ gia nhiệt hình trụ 100W. Người ta thấy rằng khi SOC là 50%, cả bốn pin đều bị mất kiểm soát nhiệt, với nhiệt độ đạt trên 700 ℃; Khi SOC là 40%, hai pin bị mất kiểm soát nhiệt; Khi SOC là 30%, 70% và 100%, chỉ có một pin mất kiểm soát nhiệt.

1.2 Tốc độ giải phóng nhiệt tối đa

Trong thí nghiệm về ảnh hưởng của hiện tượng mất kiểm soát nhiệt, hệ thống được chia thành 5 nhóm dựa trên các giá trị SOC là 20%, 30%, 50%, 70% và 100%. Hệ thống được đun nóng bằng cồn và các thay đổi về nhiệt của hệ thống được ghi lại bằng nhiệt lượng kế hình nón. Tốc độ giải phóng nhiệt cực đại (PHRR) được xác định bằng mối quan hệ giữa các thay đổi trong SOC và tốc độ giải phóng nhiệt cực đại (PHRR). Kết quả cho thấy PHRR tăng khi SOC tăng, với PHRR trung bình là 50% và PHRR tối thiểu là 20%. Khi xảy ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt, giá trị PHRR tối đa xuất hiện xung quanh 50% SOC, đây cũng là thời điểm dễ xảy ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt nhất giữa các pin và gây ra mối nguy hiểm lớn nhất

1.3 Nhiệt độ

Khám phá mối quan hệ giữa nhiệt độ và sự thay đổi SOC trong pin lithium-ion 18650 trong các giai đoạn khác nhau của hiện tượng mất kiểm soát nhiệt thông qua các thí nghiệm đo nhiệt độ. Thí nghiệm phát hiện ra rằng nhiệt độ T trong lần giải phóng khí đầu tiên do mất kiểm soát nhiệt không phụ thuộc vào SOC và vẫn ở mức khoảng 200 ℃; Nhiệt độ T2 trong lần giải phóng khí thứ hai cũng không phụ thuộc vào SOC, khoảng 260 ℃. Nhiệt độ cao nhất T MAX trong toàn bộ quá trình mất kiểm soát nhiệt tăng theo sự gia tăng của SOC. Ở mức 0%, nhiệt độ tối đa là khoảng 600 ℃ và ở mức 100%, nhiệt độ tối đa vượt quá 1000 ℃.

1.4 Giảm chất lượng

Khảo sát sự mất khối lượng trong quá trình mất nhiệt trong thí nghiệm mất khối lượng mất nhiệt. Sau lần giải phóng khí đầu tiên, khối lượng mất khoảng 2-3g, và sau lần giải phóng khí thứ hai, khối lượng mất khoảng 17g. Tổng thời gian của hai lần giải phóng là khoảng 2 giây. Khảo sát mối quan hệ giữa định luật biến thiên của mất khối lượng mất nhiệt và SOC, người ta thấy rằng khối lượng m sau lần giải phóng khí đầu tiên khỏi quá trình mất nhiệt không thay đổi theo sự thay đổi của SOC, và khối lượng mất trong giai đoạn này là một giá trị không đổi; Khối lượng m2 sau lần giải phóng khí thứ hai giảm khi SOC tăng. Khối lượng mất của pin trong toàn bộ quá trình mất nhiệt cho thấy xu hướng tăng khi SOC tăng. Trong cùng một SOC, khối lượng mất nhiệt là một hàm tuyến tính của dung lượng lưu trữ. Dung lượng lưu trữ càng lớn thì khối lượng mất nhiệt càng nhiều.

1.5 Giải phóng khí

Trong thí nghiệm nguy cơ rò rỉ khí, 400 pin lithium-ion 18650 có SOC là 50% được đặt trong một buồng áp suất rộng 10 mét vuông để trải nghiệm hiện tượng mất kiểm soát nhiệt. Áp suất đo được cho thấy áp suất tối đa mà chúng có thể tạo ra là 193,1kPa. Khi một pin duy nhất mất kiểm soát nhiệt, khoảng 6L khí dễ cháy có thể được giải phóng trong vòng 3 giây và tổng lượng khí được giải phóng và quy luật của từng thành phần tăng lên khi SOC tăng được thu được.

Thành phần khí có thể thay đổi tùy thuộc vào loại pin. Tiến hành các thí nghiệm kiểm tra áp suất trong khoang hàng 737. Đo áp suất tạo ra do đánh lửa khí thoát ra từ quá trình thoát nhiệt của pin lithium trong khoang hàng 737 ở trạng thái môi trường thực tế là 70% công suất hàng. Kết quả cho thấy khi khí thoát ra từ quá trình thoát nhiệt của pin lithium-ion 18650 với 8 SOC là 50% hoặc 3 SOC là 100% bị đánh lửa, khói ngọn lửa và áp suất tạo ra sẽ khiến hệ thống chữa cháy trong khoang hàng bị hỏng.