การศึกษาทดลองเกี่ยวกับการผลิตก๊าซและพฤติกรรมเปลวไฟที่เกิดจากการหนีความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต 280 Ah

1. ภูมิหลังการวิจัย

การขาดแคลนพลังงานและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเป็นปัญหาหลักที่มนุษยชาติเผชิญอยู่ และการพัฒนาพลังงานใหม่ได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยระดับโลก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยเฉพาะแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) ได้กลายเป็นแบตเตอรี่ที่ต้องการสำหรับการจัดเก็บพลังงานเนื่องจากข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ โรงไฟฟ้าเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี (EES) มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ปัญหาด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับความสนใจอย่างมาก ปัจจุบัน ยังมีความเข้าใจไม่เพียงพอเกี่ยวกับอันตรายของพฤติกรรมการหนีความร้อน (TR) ในการสร้างก๊าซและเปลวไฟสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตความจุสูง (280Ah) การศึกษานี้ตรวจสอบคุณลักษณะการหนีความร้อน (อัตราการปล่อยความร้อน ความร้อนจากการเผาไหม้ อุณหภูมิพื้นผิวแบตเตอรี่) และรูปแบบการสร้างก๊าซ (ประเภทก๊าซและอัตราส่วนองค์ประกอบ) ของแบตเตอรี่ 280AhLFP โดยใช้วิธีการทำความร้อนภายนอก มีการวิเคราะห์คุณลักษณะการสร้างก๊าซและพฤติกรรมการมองเห็นด้วยตาเปล่าของเปลวไฟของตัวควบคุมความร้อน และกฎวิวัฒนาการของตัวควบคุมความร้อนของแบตเตอรี่และความเสี่ยงจากไฟไหม้ภายใต้สถานะการชาร์จที่แตกต่างกัน (SOC) ได้รับการอธิบาย นอกจากนี้ยังมีการสำรวจอิทธิพลของ SOC ต่อพารามิเตอร์คุณลักษณะของการหนีความร้อนของแบตเตอรี่ด้วย การศึกษานี้เผยให้เห็นพฤติกรรม TR ของแบตเตอรี่ LFP ใน EES ที่ SOC 50% และ 100% โดยให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับการป้องกันอัคคีภัย EES และการออกแบบการตอบสนองฉุกเฉิน

2. การตั้งค่าการทดลอง

2.1 ตัวอย่างแบตเตอรี่

การศึกษานี้ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาด 280Ah ที่มีลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) เป็นวัสดุอิเล็กโทรดเชิงบวก และใช้กราไฟต์ (C) เป็นวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ พารามิเตอร์ทางกายภาพโดยละเอียดแสดงอยู่ในตารางที่ 1 ใช้อุปกรณ์ NEWARECT-4004-5V20A NFT เพื่อชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ คายประจุแบตเตอรี่ด้วยกระแส 20A จนกระทั่งแรงดันไฟตัดถึง 2.5V แบตเตอรี่ชาร์จโดยใช้โหมดกระแสคงที่และแรงดันไฟฟ้าคงที่ โดยมีกระแสไฟชาร์จ 20A และกระแสไฟตัดและแรงดันไฟฟ้า 2.8A และ 3.65V ก่อนการทดสอบ ให้ชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็ม (SOC 100%) จากนั้นคายประจุแบตเตอรี่ไปยังสถานะการชาร์จที่ต้องการตามข้อกำหนดในการทดลอง

2.2 เครื่องมือและวิธีการทดลอง

2.2.1 การตั้งค่าการทดลอง

รูปที่ 1 แสดงแท่นทดลองที่ใช้ในงาน รวมถึงห้องเผาไหม้ที่ผลิตตามมาตรฐาน ISO9705 โดยมีขนาด 1.8 ม. × 1.8 ม. × 2 ม. และอุปกรณ์ทดลองอื่น ๆ มีท่อระบายควันที่ด้านบนของห้องเผาไหม้ การทดลองทั้งหมดดำเนินการในห้องเผาไหม้

2.2.2 วิธีการทดลอง

ใช้แผ่นทำความร้อนเพื่อทำให้ความร้อนหลุดออกจากแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) ขนาด 280Ah วัดอุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่โดยใช้เทอร์โมคัปเปิลชนิด K, วัดอัตราการปล่อยความร้อน (HRR) ในระหว่างกระบวนการ TR โดยใช้อุปกรณ์ตรวจวัดอัตราการปล่อยความร้อน และรับการสร้างความร้อนรวมของการหนีความร้อนผ่านการบูรณาการ ใช้สเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรดแปลงฟูริเยร์ (FTIR สเปกโตรมิเตอร์) เพื่อตรวจจับองค์ประกอบของก๊าซ และใช้เครื่องชั่ง Mettler เพื่อรวบรวมการเปลี่ยนแปลงมวลแบบเรียลไทม์ เมื่อมีการปล่อยควันจำนวนมาก ให้ใช้อุปกรณ์จุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์เพื่อจุดไฟอิเล็กโทรไลต์ที่พ่นและก๊าซที่ติดไฟได้ เทอร์โมคัปเปิลจะถูกกระจายบนพื้นผิวทำความร้อนและด้านหลังของแบตเตอรี่ (ดังแสดงในรูปที่ 2, Tf และ Tb ตามลำดับ) และอุณหภูมิที่วัดได้ที่ด้านข้างของแบตเตอรี่และอุณหภูมิที่ตำแหน่งเปิดของวาล์วนิรภัยจะแสดงเป็น Ts และ Tup ตามลำดับ วางเทอร์โมคัปเปิ้ลห้าตัวเพื่อวัดอุณหภูมิเหนือวาล์วนิรภัยที่ความสูงต่างๆ ซึ่งอยู่ห่างจากวาล์วนิรภัย 5 ซม. 10 ซม. 20 ซม. 30 ซม. และ 40 ซม.

3- ผลลัพธ์และการอภิปราย

3.1 พฤติกรรมการผลิตก๊าซและเปลวไฟระหว่างกระบวนการ TR

ที่ 100% SOC แบตเตอรี่จะแสดงการผลิตก๊าซและพฤติกรรมเปลวไฟอย่างมีนัยสำคัญในระหว่างกระบวนการ TR ดังแสดงในรูปที่ 3 หลังจากที่วาล์วนิรภัยเปิดที่ 0 วินาที อิเล็กโทรไลต์จำนวนมากจะพ่นออกมาในเวลา 1 วินาที ทำให้เกิดการเปลี่ยนสีของเปลวไฟเนื่องจากมีสารไวไฟ ที่เวลา 60 วินาทีและ 175 วินาที แกนทั้งสองภายในแบตเตอรี่ประสบกับปัญหาความร้อน ทำให้เกิดการผลิตก๊าซที่รุนแรงและเกิดปรากฏการณ์การพ่นเปลวไฟ สิ่งนี้บ่งชี้ว่าแม้ว่าการจุดระเบิดด้วยแก๊สจะมีผลเพียงเล็กน้อยต่อกระบวนการหนีความร้อน แต่กระบวนการทั้งหมดของการหนีความร้อนจากแบตเตอรี่จะคงอยู่ประมาณ 240 วินาที และความเสี่ยงส่วนใหญ่จะปรากฏให้เห็นจากการผลิตก๊าซที่รุนแรงและเปลวไฟไอพ่น ในพื้นที่จำกัด การจุดระเบิดของก๊าซที่ติดไฟได้อาจทำให้เกิดการระเบิดได้ ในขณะที่การพ่นเปลวไฟที่รุนแรงอาจทำให้เกิดผลกระทบจากการแผ่รังสีความร้อนอย่างรุนแรงต่อแบตเตอรี่โดยรอบและสิ่งแวดล้อม

3.2 การวิเคราะห์การหนีความร้อนของอุณหภูมิพื้นผิวแบตเตอรี่

อุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่เป็นตัวแปรสำคัญในการประเมินกระบวนการ TR ของแบตเตอรี่ รูปที่ 4 แสดงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะ SOC 50% และ SOC 100% รูปที่ 4 (a) และ (b) แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายใต้สภาวะการผลิตก๊าซ ในขณะที่ (c) และ (d) แสดงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายใต้สภาวะการจุดระเบิด ผลการสังเกตระบุว่าภายใต้ SOC เดียวกัน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่ภายใต้เงื่อนไขทั้งสองมีแนวโน้มคล้ายกัน แม้ว่าเปลวไฟจะปรากฏเหนือแบตเตอรี่และมีความเร็วไอพ่นที่แน่นอน แต่ความร้อนที่แผ่ออกมานั้นมีผลกระทบโดยตรงต่อพื้นผิวของแบตเตอรี่อย่างจำกัด ดังนั้นผลกระทบของการเผาไหม้ก๊าซต่ออุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่จึงค่อนข้างน้อย สำหรับแบตเตอรี่ที่มี SOC 50% กระบวนการหนีความร้อนจะค่อนข้างช้า ดังแสดงในรูปที่ 4 (a) และ (c) ภายใต้สภาวะการผลิตก๊าซ อุณหภูมิที่ด้านข้างของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและกระตุ้นการระบายความร้อนที่ 3200 วินาที โดยมีอุณหภูมิสูงสุดอยู่ที่ 434.9 องศา C (ด้านหน้า) และ 307.3 องศา C (ด้านหลัง) ตามลำดับ ภายใต้สภาวะการจุดระเบิด อุณหภูมิที่ด้านข้างของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ 3,169 วินาที โดยอุณหภูมิสูงสุดจะสูงกว่าสภาวะการผลิตก๊าซเล็กน้อย อุณหภูมิสูงสุดบนพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังอยู่ที่ 475.9 องศาเซลเซียส และ 319.6 องศาเซลเซียส ตามลำดับ ในขณะเดียวกัน การศึกษายังได้วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ด้วย ภายใต้สภาวะก๊าซและเปลวไฟ เมื่อแบตเตอรี่ที่มี SOC 50% ประสบกับความร้อนที่หมุนเวียนไป แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างช้าๆ โดยมีระยะเวลาประมาณ 400 วินาที สิ่งนี้บ่งชี้ว่าในระหว่างการถ่ายโอนความร้อน อัตราปฏิกิริยาภายในของแบตเตอรี่ SOC 50% จะช้าลง และระยะเวลาของกระบวนการระบายความร้อนจะนานขึ้น

เพื่อวิเคราะห์ลักษณะความสม่ำเสมอของกระบวนการหนีความร้อน รูปที่ 5 แสดงให้เห็นเส้นโค้งของอัตราและเวลาที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ตลอดจนอุณหภูมิและอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ DT/dt หมายถึง อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ขึ้นอยู่กับอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ด้านหลังของแบตเตอรี่ เมื่ออัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเกิน 0.5 องศา C/s ปฏิกิริยาภายในแบตเตอรี่จะถูกกำหนดให้ไม่สามารถย้อนกลับได้ สำหรับแบตเตอรี่ที่มี 50% SOC ระยะเวลาของอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเกิน 0.5 องศา C/s คือ 80 วินาที ในขณะที่สำหรับแบตเตอรี่ที่มี SOC 100% ระยะเวลานี้คือ 200 วินาที ในขณะเดียวกัน อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสูงสุดของการหนีความร้อนในแบตเตอรี่ SOC 100% ก็สูงกว่าอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในแบตเตอรี่ SOC 50% เช่นกัน ตามกราฟการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและ dT/dt กระบวนการควบคุมความร้อนของแบตเตอรี่สามารถแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน: ขั้นตอนแรกคือสถานะการให้ความร้อน โดยมีอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิคงอยู่ที่ 0.03-0.04 องศา ซี/เอส อุณหภูมิภายในของแบตเตอรี่ต่ำ และแหล่งความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังแบตเตอรี่ผ่านแผ่นทำความร้อน ระยะที่สองคือระยะเริ่มต้นของ Thermal Runaway โดยที่อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเป็น 1 องศา C/s ฟิล์ม SEI ภายในแบตเตอรี่เริ่มสลายตัว และอิเล็กโทรไลต์จะระเหยเป็นไอของอิเล็กโทรไลต์ ทำให้เกิดแรงดันภายในเพิ่มขึ้นและเร่งปฏิกิริยาภายใน ขั้นตอนที่สามคือระยะหนีความร้อน ซึ่งปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วของวัสดุภายในทำให้เกิดก๊าซจำนวนมาก ซึ่งปรากฏว่าเป็นการแพร่กระจายของควันที่ติดไฟได้จำนวนมากในกรณีที่ไม่มีแหล่งกำเนิดประกายไฟจากภายนอก และในที่ที่มี เปลวไฟนั้นปรากฏเป็นเปลวไฟเจ็ตที่รุนแรง ขั้นตอนที่สี่คือขั้นตอนการทำความเย็น หลังจากที่แบตเตอรี่สูญเสียการควบคุมความร้อน อุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่อาจสูงถึง 500 องศาเซลเซียส เนื่องจากแบตเตอรี่ยังอยู่ในสถานะที่มีอุณหภูมิสูง จึงยังคงมีอันตรายอยู่ระดับหนึ่ง

3.3 การวิเคราะห์การสร้างก๊าซและอุณหภูมิเปลวไฟ

รูปที่ 6 แสดงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิก๊าซของแบตเตอรี่ SOC 50% และ SOC 100% ที่ความสูงต่างกันภายใต้สภาวะการสร้างก๊าซ จากการวิเคราะห์อุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่ สรุปได้ว่าระยะเวลาหนีความร้อนของแบตเตอรี่ SOC 50% นั้นนานกว่าแบตเตอรี่ SOC 100% และข้อสรุปนี้ยังสามารถตรวจสอบได้ในกราฟอุณหภูมิก๊าซอีกด้วย เวลาที่อุณหภูมิของแบตเตอรี่ 50% SOC สูงกว่า 50 องศา C ใช้เวลาประมาณ 500 วินาที และอุณหภูมิก๊าซสูงสุดที่ 5 ซม. นั้นค่อนข้างต่ำที่ 173.2 องศา C; ระยะเวลาอุณหภูมิสูงของแบตเตอรี่ SOC 100% นั้นสั้นกว่า แต่อุณหภูมิก๊าซสูงสุดที่ 5 ซม. นั้นสูงกว่า โดยสูงถึง 325.7 องศา C ซึ่งประมาณสองเท่าของแบตเตอรี่ SOC 50% (ดังแสดงในรูปที่ 6 (b)) เหตุผลก็คือแบตเตอรี่ที่มี SOC สูงกว่าจะมีปฏิกิริยาภายในที่รุนแรงกว่า อัตราการสร้างก๊าซที่เร็วกว่า และระยะเวลาการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนที่สั้นกว่าระหว่างก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงและสภาพแวดล้อมโดยรอบ ภายใต้การกระทำของการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน อุณหภูมิที่จุดวัดตามความสูงของแบตเตอรี่จะค่อยๆ ลดลง และอุณหภูมิของก๊าซใกล้กับวาล์วนิรภัยของแบตเตอรี่ค่อนข้างสูง เมื่อจุดตรวจวัดอยู่ห่างจากวาล์วนิรภัยของแบตเตอรี่ 50 ซม. อุณหภูมิของก๊าซที่สร้างโดยแบตเตอรี่ SOC 100% จะไม่ถึง 40 องศาเซลเซียส

ในระหว่างการทดลอง มีการวัดก๊าซหลัก 4 ชนิด ได้แก่ CO, CH4, C2H4 และ CO2 ในระหว่างกระบวนการระบายความร้อนโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรดแปลงฟูริเยร์ พบว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นได้มากที่สุดในช่วงหนีความร้อน โดยมีสัดส่วนสูงกว่าก๊าซอื่นๆ มาก รองลงมาคือก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ มีเทน เอทิลีน และก๊าซไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ เนื่องจากเครื่องมือไม่สามารถตรวจวัดก๊าซไฮโดรเจนได้ จึงไม่ได้วิเคราะห์ความเข้มข้นของก๊าซดังกล่าว นอกจากนี้ จากการวิเคราะห์สัดส่วนของก๊าซทั้งสี่ชนิดนี้ในรูปที่ 6 (d) คาร์บอนไดออกไซด์คิดเป็น 51.2% และคาร์บอนมอนอกไซด์คิดเป็น 22.9% อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงก๊าซไฮโดรเจนจำนวนมากที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการควบคุมความร้อน สัดส่วนของคาร์บอนไดออกไซด์ที่แสดงในรูปที่ 6 (d) ไม่ใช่สัดส่วนของส่วนประกอบของก๊าซทั้งหมด เนื่องจากก๊าซที่เกิดขึ้นมีความไวไฟสูง ความเสี่ยงของ TR จึงสูงขึ้น ดังนั้น ภายใต้สภาวะก๊าซบริสุทธิ์ พฤติกรรมการหนีความร้อนทำให้เกิดความเป็นพิษ การหายใจไม่ออก และความเสี่ยงในการเผาไหม้เป็นหลัก

ในสถานการณ์จริงของแบตเตอรี่เก็บพลังงาน เพลิงไหม้มักเกิดขึ้นหลังจากที่แบตเตอรี่สัมผัสกับความร้อน TR ดังนั้นควรดำเนินการจุดระเบิดหลังจากเปิดวาล์วนิรภัยของแบตเตอรี่ และควรวิเคราะห์อุณหภูมิของก๊าซหลังจากการจุดระเบิด ดังแสดงในรูปที่ 7 จุดวัดอุณหภูมิห้าจุดจะจัดเรียงในแนวตั้งเหนือแบตเตอรี่เพื่อวัดอุณหภูมิเปลวไฟที่ความสูงต่างๆ หลังจากเปิดวาล์วนิรภัยแล้ว การจุดระเบิดจะเริ่มขึ้นทันที และอุณหภูมิที่จุดตรวจวัดแต่ละจุดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากความร้อนที่ไหลออกจากภายในแบตเตอรี่ จึงทำให้เกิดก๊าซจำนวนมาก และเกิดไฟพุ่งออกมาอย่างรุนแรงเหนือวาล์วนิรภัย จากเส้นโค้งอุณหภูมิ จะเห็นได้ว่าอุณหภูมิสูงสุดเริ่มแรกเกิดขึ้นที่ความสูง 10 ซม. และอุณหภูมิที่ความสูง 5 ซม. และ 20 ซม. เกือบจะเท่ากัน ในระยะต่อมาของการหนีความร้อน เปลวไฟจะค่อยๆ ลดลง และอุณหภูมิสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ความสูง 5 ซม. โดยมีการเผาไหม้ของก๊าซคงที่จนกระทั่งเปลวไฟดับ เมื่อเปรียบเทียบกับอุณหภูมิภายใต้สภาวะการผลิตก๊าซ อุณหภูมิเหนือแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นอย่างมากหลังจากที่เปลวไฟปรากฏขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 7 (b) อุณหภูมิสูงสุดของเปลวไฟเหนือแบตเตอรี่ที่ 50% SOC สามารถเข้าถึงประมาณ 750 องศา C และอุณหภูมิของแบตเตอรี่ที่ 100% SOC นั้นยิ่งสูงขึ้นไปอีก โดยมีอุณหภูมิสูงสุดมากกว่า 900 องศา C (ดูรูปที่ 7 (b) ).

3.4 การวิเคราะห์การสูญเสียคุณภาพ

รูปที่ 8 แสดงการสูญเสียคุณภาพและอัตราการสูญเสียคุณภาพของแบตเตอรี่ SOC 50% และ SOC 100% ระหว่างการหนีความร้อนภายใต้สภาวะการผลิตก๊าซ ก่อนที่คุณภาพจะลดลงอย่างรวดเร็ว แบตเตอรี่ SOC ทั้งสองประเภทประสบกับช่วงคุณภาพที่ลดลงอย่างช้าๆ โดยสูญเสียไปประมาณ 100-200 กรัม กระบวนการลดระดับลงอย่างช้าๆ นี้เกี่ยวข้องกับการออกแบบวาล์วนิรภัยของแบตเตอรี่ เมื่อความดันภายในแบตเตอรี่ถึงระดับหนึ่ง วาล์วนิรภัยจะปล่อยแรงดันเล็กน้อย เนื่องจากวาล์วนิรภัยเปิดจนสุด อัตราการสูญเสียคุณภาพในระหว่างกระบวนการนี้จึงค่อนข้างช้า เมื่อก๊าซภายในแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น ความดันภายในจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น เมื่อความดันภายในถึงขีดจำกัดความดันของวาล์วนิรภัย วาล์วนิรภัยจะแตก ส่งผลให้มีก๊าซและอิเล็กโทรไลต์จำนวนมากพ่นออกมา ส่งผลให้มวลลดลงเป็นเส้นตรง ดังแสดงในรูปที่ 8 ในระหว่างกระบวนการนี้ คุณภาพ อัตราการสูญเสียอยู่ที่ประมาณ 110g/s

แกนหลายตัวภายในแบตเตอรี่ทำให้เกิดอัตราการสูญเสียคุณภาพสูงสุดหลายจุดระหว่างการระบายความร้อน ปฏิกิริยาภายในของแบตเตอรี่ SOC 50% นั้นช้า ซึ่งสอดคล้องกับจุดสูงสุดที่เล็กกว่าสองจุดคือ 2.3g/s และ 1.25g/s ตามลำดับ เนื่องจากความจุที่ค่อนข้างสูง แบตเตอรี่ SOC 100% ต้องเผชิญกับกระบวนการหนีความร้อนที่รุนแรงกว่า โดยมีอัตราการสูญเสียมวลสูงสุดสองอัตราที่ 12.9g/s และ 15.25g/s ตามลำดับ ดังแสดงในรูปที่ 8 (b) นอกจากนี้ สำหรับแบตเตอรี่ SOC 100% มีจุดสูงสุดที่เล็กกว่าสองจุดในอัตราการสูญเสียมวลในระหว่างกระบวนการสร้างก๊าซที่ควบคุมไม่ได้ด้วยความร้อน

รูปที่ 9 แสดงการเปลี่ยนแปลงมวลและอัตราการสูญเสียมวลระหว่างกระบวนการระบายความร้อนภายใต้สภาวะเปลวไฟ กระบวนการควบคุมความร้อนโดยทั่วไปจะเหมือนกับกระบวนการสร้างก๊าซ แต่เมื่อวาล์วนิรภัยถูกเปิด อัตราการสูญเสียมวลจะค่อนข้างต่ำ อัตราการสูญเสียมวลที่สอดคล้องกับ 50% SOC และ 100% SOC คือ 69.9g/s และ 92.9g/s ตามลำดับ เหตุผลก็คือการดำเนินการจุดระเบิดจะดำเนินการเมื่อเปิดวาล์วนิรภัยและอิเล็กโทรไลต์และก๊าซบางส่วนไม่ได้ถูกพ่นออกมาจนหมด แต่จะถูกเผาจนหมดในเวลานี้ แม้ว่าอัตราการสูญเสียมวลจะต่ำ แต่ก็ยังเกินกว่าค่าจุดสูงสุดสองค่าของการหนีความร้อน (ค่าจุดสูงสุดสองค่าของเปลวไฟ 50% SOC คือ 2.05g/s และ 1.2g/s และค่าจุดสูงสุดสองค่าของ 100% SOC คือ 8.05g/s และ 9.95g/s ซึ่งต่ำกว่าอัตราการสูญเสียมวลภายใต้สภาวะการผลิตก๊าซ) เมื่อเปรียบเทียบการสูญเสียมวลรวมภายใต้เงื่อนไข 2 ประการ สรุปได้ว่าการสูญเสียมวลภายใต้สภาวะเปลวไฟมากกว่าการสูญเสียมวลภายใต้สภาวะการผลิตก๊าซ

3.5. การวิเคราะห์อัตราการปลดปล่อยความร้อน

หลังจากเปิดวาล์วนิรภัยของแบตเตอรี่แล้ว จะทำการจุดระเบิด ตามทฤษฎีการใช้ออกซิเจน อัตราการปล่อยความร้อนของแบตเตอรี่ภายใต้การเผาไหม้แบบควบคุมไม่ได้จะถูกวัดดังแสดงในรูปที่ 10 สำหรับแบตเตอรี่ SOC 50% จุดสูงสุดแรกของอัตราการปล่อยความร้อนหลังการจุดระเบิดคือ 57.107 kW การบูรณาการอัตราการปล่อยความร้อนระหว่างการทดลองจะทำให้ได้ความร้อนรวมที่เกิดจากการเผาไหม้ 20.79 MJ อัตราการปล่อยความร้อนสูงสุดครั้งแรกของแบตเตอรี่ SOC 100% หลังจากการจุดระเบิดคือ 62.485 kW เนื่องจากอัตราการผลิตก๊าซที่สูง อัตราการปล่อยความร้อนสูงสุดในช่วงเวลาที่แข็งแกร่งที่สุดของการหนีความร้อนถึง 85.667 kW ซึ่งสูงกว่าอัตราการปล่อยความร้อนของแบตเตอรี่ SOC 50% มากดังแสดงในรูปที่ 10 (b) หลังจากรวมอัตราการปล่อยความร้อนจากการทดลองทั้งหมดแล้ว ความร้อนรวมที่เกิดจากการเผาไหม้จะเท่ากับ 25.97 MJ แม้ว่าระยะเวลาหนีความร้อนและระยะเวลาเปลวไฟของแบตเตอรี่ SOC 50% จะนานกว่า แต่ความร้อนจากการเผาไหม้รวมนั้นน้อยกว่าแบตเตอรี่ SOC 100% เพียง 5.18MJ

4. บทสรุป

(1) ผลกระทบของ SOC ต่ออุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่มีมากกว่าผลกระทบของเปลวไฟ ภายใต้สภาวะของก๊าซและเปลวไฟ อุณหภูมิพื้นผิวสูงสุดของแบตเตอรี่ SOC 100% ระหว่างการหนีความร้อนจะมากกว่าอุณหภูมิของแบตเตอรี่ SOC 50% ในขณะที่อุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่ SOC เดียวกันภายใต้สภาวะก๊าซและเปลวไฟจะเกือบเท่ากับ เดียวกัน.

(2) อุณหภูมิเปลวไฟสูงกว่าอุณหภูมิการผลิตก๊าซมาก อุณหภูมิของก๊าซที่สร้างโดยการหนีความร้อนของแบตเตอรี่ SOC 100% สามารถเข้าถึง 325.7 องศา C ในขณะที่อุณหภูมิเปลวไฟสูงสุดอาจเกิน 900 องศา C หลังจากการจุดระเบิดด้วยแก๊ส จะมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อสภาพแวดล้อมด้านบนและรอบๆ แบตเตอรี่ ซึ่งสะท้อนให้เห็นเป็นหลัก ผลการแผ่รังสีของเปลวไฟที่มีอุณหภูมิสูงต่อสิ่งแวดล้อม ในกรณีที่ไม่มีแหล่งกำเนิดไฟภายนอก การสะสมของก๊าซจำนวนมากอาจทำให้เกิดความเสี่ยงต่อการเกิดพิษ การหายใจไม่ออก และการระเบิดได้

(3) สำหรับแบตเตอรี่ SOC 50% และ SOC 100% อัตราการสูญเสียมวลสูงสุดภายใต้สภาวะการผลิตก๊าซจะมากกว่าอัตราการสูญเสียมวลสูงสุดภายใต้สภาวะเปลวไฟ และโครงสร้างภายในและกระบวนการหนีความร้อนของแบตเตอรี่จะถูกกำหนดตามอัตราการสูญเสียมวลสูงสุด . อัตราการปล่อยความร้อนสูงสุดของแบตเตอรี่ SOC 100% หลังจากการเผาไหม้แบบควบคุมไม่ได้ด้วยความร้อนค่อนข้างสูง แต่ระยะเวลาควบคุมความร้อนแบบควบคุมไม่ได้ของแบตเตอรี่ SOC 50% นั้นนานกว่าและเปลวไฟคงอยู่เป็นเวลานานกว่า ความร้อนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ของแบตเตอรี่ SOC 50% และ SOC 100% จะต่างกันเพียง 5.18 MJ