鋰離子因具有能量密度高、循環(huán)使用壽命長以及記憶效應小等特點，被廣泛應用到各大移動終端設備和電動汽車上

。鋰離子電池是封閉式結構，其內部材料大多易燃。當電池與外部高溫熱源接觸時，熱量會通過熱傳導、熱對流和熱輻射傳遞到電池中，從而提高電池的溫度。當電池的溫度達到內部材料反應的臨界溫度時，就會出現(xiàn)自發(fā)熱現(xiàn)象，這將加速電池的溫升，最終導致電池的熱失控

。在實際應用中，為了滿足功率的需求，總是有大量的單個電池連接起來形成模塊。因此，如果模塊中的單個電池發(fā)生熱失控引起的高溫和燃燒現(xiàn)象可能導致相鄰的電池發(fā)生熱失控，并最終導致所有電池發(fā)生熱失控

，從而造成災難性的事故

。因此，對成組的鋰離子電池熱安全性進行研究十分必要。

鋰離子電池的熱失控通常由熱濫用

、電濫用

、機械濫用

引起。無論熱失控的原因是什么，最初溫度的升高都會觸發(fā)電池電極和電解液之間的化學反應，形成氣體并增加內部壓力

。隨著電池溫度的不斷升高，電池內部的化學反應速率也不斷增加，從而產(chǎn)生快速的自熱

。這種循環(huán)加熱反饋回路最終導致電池達到熱失控階段，產(chǎn)生大量的熱量

。當電池間熱量積累達到一定程度時，熱失控就會發(fā)生傳播。針對鋰離子電池熱失控的傳播特性，已有學者進行相關的研究。張青松等

研究了鋰離子電池熱失控的多米諾效應，發(fā)現(xiàn)包裝中一節(jié)電池的熱失控產(chǎn)生的熱量可能導致包裝中其他電池的熱失控。Feng 等

研究了釘子穿透誘導電池熱失控時的溫度、電壓和傳熱響應。結果表明，穿透誘導熱失控傳播試驗的起始溫度更低，熱失控觸發(fā)時間更短，且電池殼體傳熱在整個傳熱過程中起主導作用。Lamb 等

研究了電池形態(tài)和電連通性對熱失控傳播的影響。結果表明，與圓柱形電池相比，袋裝電池有更大接觸面積導熱，更容易發(fā)生熱失控的傳播，且并聯(lián)電氣結構比串聯(lián)電氣結構傳播故障更快、更頻繁。胡棋威

研究了封閉絕熱體系下鋰離子電池的熱失控傳播特性，發(fā)現(xiàn)相比開放體系，封閉絕熱體系可以有效延緩鋰離子電池熱失控的發(fā)生時間，并降低鋰離子熱失控時釋放的能量。Gao等

對多模塊電池組中模塊間熱失控傳播進行了實驗研究，結果表明，熱失控傳播首先發(fā)生在帶有觸發(fā)單元的蓄電池模塊中，傳播速度非常慢，其次是熱失控傳播將擴展到相鄰模塊，傳播速度加快，最后，當熱失控在整個組件中傳播時，傳播速度急劇加快，其中大量能量很快被消耗釋放。目前，研究人員對鋰離子電池熱失控傳播特性的研究主要集中在不同電池形態(tài)和不同觸發(fā)方式上，對不同SOC 及不同排列下鋰離子電池熱失控傳播特性的研究較少。研究不同SOC 及不同排列條件對鋰離子電池熱失控傳播特性的影響，對優(yōu)化電池布置、防止和控制電池熱失控傳播具有較高的現(xiàn)實意義和科學價值。

1 實驗

1.1 電池樣品

本研究采用商業(yè)應用廣泛的18650型鋰離子電池，電池基本信息如表1所示。電池使用CT2001B型測試系統(tǒng)進行充放電工作。電池充電的步驟如下：①恒流充電，電流為520 mA，直到電壓至4.2 V；②恒壓充電，直到充電電流低于130 mA，此時電池為100%SOC。然后將電池以130 mA 恒定電流放電到所需的SOC。最后，將充電后的電池置于溫度為24 ℃的恒溫箱中持續(xù)24 h，以保證電池的穩(wěn)定性。

1.2 實驗平臺及方案

電池安裝在具有不同間隔距離(0 mm、1 mm、3 mm、5 mm)的電池支架中，電池組被固定在一個具有固定開口的實驗艙中，在1號電池的側面連接加熱裝置來主動觸發(fā)第一節(jié)電池熱失控，使用耐高溫膠帶將點型熱電偶固定于各個電池的底部中心測溫點，并在開口截面內的不同高度放置三對K型熱電偶，以獲得平均排氣溫度。熱電偶的采樣頻率均為1次/s。實驗平臺示意如圖1所示。

為了保持實驗的一致性，實驗通過給聚酰亞胺加熱片外接直流穩(wěn)壓電源，將加熱片功率調整為40 W，使實驗過程中只有SOC及電池間距作為變量，通過數(shù)據(jù)記錄儀實時記錄實驗過程中電池底部溫度及電池組排氣溫度，實驗工況如表2所示，為保證實驗結果具有可重復性，每種實驗工況均進行3次重復實驗。

2 結果與討論

2.1 鋰離子電池熱失控傳播過程分析

◎一個醫(yī)院，甚至任何一項事業(yè)，沒有明確的目標，就沒有方向、沒有未來；沒有良好的戰(zhàn)略規(guī)劃，就無法面對危機、突破瓶頸，無法抓住機遇、謀求發(fā)展，立于不敗之地！

由圖4可知，在主動觸發(fā)第一節(jié)電池熱失控之后，1 mm 和5 mm 的電池模組均發(fā)生了熱失控傳播情況，由于3 mm間距電池組沒有達到觸發(fā)熱失控傳播所需的溫度，只有第一階段。

九條“高壓線”遲恒條條碰，說是碰，又像是在上面走鋼絲，平衡功夫似乎不錯，因為迄今為止，被他捅到的那些部門，只有來求情的，沒有來問罪的，至少說明一點，也是很重要的一點，此人穩(wěn)重。

當電池組處于同一SOC時，不同的電池排列，熱失控傳播的方式也不相同，圖4為不同排列下電池熱失控過程溫度對比。

由圖2可知，在主動觸發(fā)第一節(jié)電池熱失控之后，70%和100%SOC的電池模組均發(fā)生了熱失控傳播情況，而50%SOC 的電池模組沒有發(fā)生熱失控傳播。通過對鋰離子電池在不同SOC 狀態(tài)下的熱失控實驗發(fā)現(xiàn)，當電池SOC 小于50%時，電池因熱濫用發(fā)生熱失控時，僅產(chǎn)生氣體，無火焰和爆炸，當SOC 大于50%時，隨著荷電狀態(tài)的提高，負極嵌鋰量增加，電池發(fā)生熱失控時正極材料被氧化成高活性物質，電池熱穩(wěn)定性降低，電池內部材料發(fā)生劇烈飛濺，電池溫度急劇升高，模組中電池在高SOC的狀態(tài)下達到熱失控所需要的熱量更少，而釋放的熱量更多。100%和70%SOC電池組熱失控后電池外形及排氣對比見圖3，荷電狀態(tài)為70%的電池組熱失控行為比較劇烈，部分安全閥出現(xiàn)破損，電池組熱失控會產(chǎn)生大量的煙氣。100%荷電狀態(tài)的電池組熱失控最為劇烈，安全閥隨電池內部物質在熱失控時噴出電池，電池組熱失控產(chǎn)生大量的煙氣，并且煙氣發(fā)生了燃燒現(xiàn)象。

在農(nóng)村地籍調查實際工作中，存在土地坐落、房屋坐落和通訊地址3個需要填寫地址的字段，作業(yè)人員有時會誤把身份證件上的地址填寫為土地坐落和房屋坐落的位置。如身份證件上的地址為天河區(qū)，宗地和房屋卻在從化區(qū)的情況。通過土地和房屋坐落檢測功能，實現(xiàn)快速、準確的檢查出類似錯誤，并導出為Excel表。

2.2 SOC對熱失控傳播的影響

1號電池熱失控溫度、傳播到第二節(jié)電池時間、熱失控從第二層傳播到第三層時間、電池組熱失控最高溫度、熱失控傳播結束時間如表3所示。

由表3 可知，在1 號電池主動觸發(fā)熱失控后，100%SOC電池組中熱失控傳播至模組中最后一節(jié)電池的時間比70%SOC 電池組的傳播時間少204 s、100%SOC電池組熱失控傳播到第二節(jié)電池時間比70%SOC 電池組少112 s、100%SOC 電池組熱失控從第二層傳播到第三層時間比70%SOC 電池組少8 s、100%SOC 電池組熱失控的最高溫度比70%SOC電池組高165.66 ℃，而50%SOC電池組只有1 號電池熱失控，熱失控并未在電池組內傳播，在高溫下，電極材料分解釋放氧氣，氧氣進一步與電解質反應，導致大量的熱量產(chǎn)生。在熱失控過程中，高SOC 電池會產(chǎn)生更多的氧氣，引發(fā)更劇烈的反應和產(chǎn)熱。表明隨著模組中電池SOC 的增加，電池熱失控傳播的速度將加快，電池組熱失控所產(chǎn)生的溫度也更高，鋰電池熱失控反應過程中向空氣中釋放氣體的高溫持續(xù)時間也不斷增加，電池組熱失控后釋放煙氣形成高溫能量來源主要有2個：①電池自身內部可燃材料和電解液等劇烈反應產(chǎn)生的大量熱量；②電池熱失控后產(chǎn)生的熱解氣體及物質釋放到大氣環(huán)境中后發(fā)生二次燃燒反應釋放出大量熱量。而隨著電池組中電池SOC的增加，電池組熱失控排放的氣體溫度也更高。熱失控在電池組內傳播時，通常以層傳層的形式傳播，2、4號電池為第一層，3、5、7號電池為第二層，6、8號電池為第三層，9號電池為第四層，由圖2及圖4可知，熱失控在每一層之間傳遞時，熱失控在每一層的傳遞過程中都會使熱量累積，導致熱失控在每一層間的傳播速度都會迅速增加。

內外嚙合單排行星機構有3個可以獨立轉動的構件,要先確定其中兩個構件的轉速,才能確定第3個構件的轉速.一般采用“機構轉化法”研究行星機構各構件間的轉速關系[3].對整個行星機構施加一個與行星架轉速大小相等、方向相反的轉速-ωH,考察行星機構各構件絕對轉速的關系.此時,行星機構轉化為一個將行星架固定的太陽輪與齒圈之間的定軸輪系,對于單星內外嚙合單排行星機構有

2.3 橫向間距對熱失控傳播的影響

由表4 可知，在100%SOC 條件下，方案3 中電池組中熱失控傳播至模組中最后一節(jié)電池的時間比方案4 中電池組的傳播時間少173 s、熱失控傳播到第二節(jié)電池時間少169 s、方案3 中電池組最高溫度比方案4中電池組最高溫度高112.88 ℃，方案3中電池組熱失控從第二層傳播到第三層時間比方案4 快14 s，而方案5 中電池組只有1 號電池熱失控，熱失控并未在電池組內傳播，表明隨著模組中電池橫向間距的增加，電池熱失控傳播的速度將減緩，電池組熱失控所產(chǎn)生的溫度也將降低。通過對比方案4、方案5 和方案6 中的電池排列和熱失控傳播情況可以得出，雖然方案6的電池組中最外層電池與內部電池有5 mm 的間隔，但是在1 號電池熱失控之后，與其相鄰的兩節(jié)電池和對角線電池也相繼發(fā)生了熱失控，且熱失控從第二層傳播到第三層時間也更快，導致3、6、7、8 號電池也可以獲得足夠的熱量至熱失控。

電池組的失控傳播主要可以分為三個階段，第一階段為1 號電池的加熱階段，在這一過程中，1 號電池的表面溫度在加熱片的作用下穩(wěn)定上升，模組中其他電池的表面溫度也在此階段緩慢上升；第二階段為熱失控的傳播階段，1 號電池熱失控后，產(chǎn)生大量的熱量，當相鄰電池從熱失控電池獲得足夠熱量后，會發(fā)生熱失控的傳播；第三階段為熄滅階段，電池組的熱失控傳播結束，釋放的霧氣變少、火焰逐漸減弱并最終熄滅。在電池的安全閥打開之后，電池溫度開始稍微降低，然后繼續(xù)增加，所以將電池溫度導數(shù)首次降到零以下的時間定義為安全閥打開的起始時間，前幾個電池經(jīng)歷熱失控后，模組中的其余電池開始迅速地經(jīng)歷熱失控，此時，單個電池的安全排氣在電池溫度趨勢中變得難以區(qū)分，因為它們與熱失控發(fā)生在同一時間，同時電池熱失控過程中的噴射物會使周圍電池溫度突然升高而后降低，但此時電池還未熱失控，本工作對熱失控的開始時間定義為：在電池溫度持續(xù)上升的過程中，溫升速率首次大于18 K/s的前1 s，18 K/s是溫度突然急劇上升的最小值。含有不同SOC電池模組的實驗將1號電池作為引發(fā)后續(xù)電池熱失控的熱源，由接觸電池底部中心測溫點的熱電偶測量得到實時的溫度變化曲線及實驗艙側邊的三只熱電偶所求得的平均排氣溫度曲線，如圖2所示。

在1號電池安全閥開啟后，大量可燃氣體在整個空間擴散，當電池處于熱失控狀態(tài)時，電池的高溫表面火焰或高溫顆粒將其點燃，導致氣體爆炸?？扇細怏w劇烈反應，釋放大量熱量，并加熱電池組。由于電池之間具有間隔，電池間的間距隔斷了電池殼體間的熱傳導，只能通過熱輻射和熱對流來獲得熱量，電池間的熱失控傳播呈現(xiàn)出類似的變化趨勢，熱失控首先都會發(fā)生在與1號電池臨近的兩節(jié)電池之間，之后熱失控會依次向下一層擴散，速度也將加快，直至整個電池組發(fā)生熱失控。對于一個鋰離子電池模組，有三種不同的傳熱相對位置：與熱失控電池相鄰的位置、熱失控電池對角線位置和其他位置。對于對角線和相鄰位置，電池通過導熱、輻射、對流三種傳熱途徑從熱失控電池中獲取熱量。對于其他位置，電池僅通過導熱和對流從熱失控電池接收熱量。由于5 mm間距電池組排列的特殊性，此處定義2、4、5 號電池為第一層，3、6、7、8號電池作為第二層。不同橫向間距電池組典型溫度情況如表4所示。

3 結 論

本文基于外部加熱條件下引發(fā)電池熱失控實驗研究了鈷酸鋰電池在不同SOC 和不同排列條件下的熱失控傳播特性，研究結果表明：

（1）在相同外熱功率的條件下，電池組中電池SOC 直接影響其熱失控的傳播行為。隨著模組中電池SOC 的增加，電池熱失控傳播的速度更快，100%SOC 電池組中熱失控傳播時間比70%SOC電池組熱失控傳播時間少204 s，100%SOC 電池組熱失控最高溫度比70%SOC 電池組熱失控最高溫度高出135.66 ℃，電池熱失控反應過程中向空氣中釋放氣體的高溫持續(xù)時間也不斷增加，但是當電池SOC 低于50%時，熱失控不會在電池模組中傳播。

（2）在100%荷電狀態(tài)下，電池橫向間距越大，熱失控傳播速度越慢，0 間隔的電池組熱失控傳播時間比1 mm間隔電池組的熱失控傳播時間少172 s，0間隔的電池組熱失控最高溫度比1 mm間隔電池組熱失控最高溫度高出112.88 ℃，當電池橫向間距達到3 mm 時，熱失控不會在電池間傳播。

評估機構的合伙人或者股東為兩名的，兩名合伙人或者股東都應當是具有三年以上從業(yè)經(jīng)歷且最近三年內未受停止從業(yè)處罰的評估師。

（3）電池熱失控的傳播概率與熱量積累有關，切斷或降低第一節(jié)熱失控電池對其他電池的影響，可以有效抑制熱失控的傳播。

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