不同类型气体探测对磷酸铁锂电池储能舱过充安全预警有效性对比

近年来，以化石能源为主导的能源系统正在向能源多元化和低碳方向转变，其中储能系统是这场能源变革的关键环节，主要是解决风能、太阳能等可再生能源并网问题及电网削峰填谷问题

。磷酸铁锂电池因具有输出电压高、能量密度高、循环寿命长等优点，已广泛应用于规模化储能领域

。

然而，锂离子电池主要采用易燃有机电解液，其性质活泼，导致电池安全问题突出

。近些年发生多起由锂离子电池热失控引发的安全事故。2019年4月19日，美国APS公司的锂电储能系统发生着火爆炸事故；2021年4月16日，北京丰台一储能电站突发爆炸，致多名人员伤亡；2021 年7月，澳大利亚一储能电站发生爆燃，火势持续4天才被扑灭。因为电池的不一致性和对材料利用率的压榨，单体电池过充事故逐年增加

。储能电站是由许多锂离子电池单体组成的，一旦某个电池发生热失控，就会将热量传递给相邻电池，继而会引发更大规模的起火甚至爆炸事件

。

2.3 病例诊治和上报情况 2007-2017年，全市医疗机构诊断报告疟疾病例6 167例，其中实验室确诊病例5 545例，占89.91%，临床诊断病例614例，占9.96%，疑似病例6例，占0.10%，带虫者2例，占0.03%。消除疟疾行动计划实施后规范了疟疾诊断报告，2012年之后均为实验室确诊病例。其中，综合医院报告1 198例，占19.43%，疾控中心报告2 727例，占44.22%，卫生院报告2 190例，占35.51%，民营医院及其他报告52例，占0.84%。病例诊断后24 h内报告6 096例，报告及时率98.85%。

针对锂离子电池的安全状态感知和热失控预警问题，已有相关学者提出了不同的解决方法，主要包括以下几方面

：利用电池管理系统(BMS)预警电池的热失控；获取电池内部温度直接预警；实时检测电池产生的特征气体预警热失控。

1) 调控中心防误功能：将调控D5000系统对变电设备的遥控操作纳入防误管理范畴，远方操作时，需由D5000系统首先向网络五防服务器发送操作请求指令，五防服务器根据请求指令，结合已抽取的设备运行方式判断五防操作正确性，当五防校验不会发生误操作时，网络五防系统给监控系统发送允许操作指令，监控系统接到指令后操作实际设备，为运维班模式下各变电站提供进一步防误安全保障。

其中BMS 主要获取电池电压、电流、表面温度，然后估算电池荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)，实现电池充放电管理、电池均衡以及电池热失控预警

。但是在电池数量庞大的储能系统中，需要安装许多传感器件，容易出现个别器件故障和失效的问题，此外BMS 不能100%准确地评价SOH。因此，仅依靠BMS 并不能完全杜绝储能系统事故。

获取电池内部温度的方法包括侵入式和非侵入式，Raghavan等

和Ganguli等

提出将布拉格光纤传感器内嵌在锂离子电池内部来感知其内部温度；Srinivasan 等

发现电池内部阻抗的相移与电池内部温度强相关而与电池容量弱相关，因此利用电池阻抗相移

实现对电池内部温度的估算并实现对电池热失控的预测。虽然感知内部温度的方法能实现热失控的早期预警，但是它们依赖昂贵的设备和极高的生产制造工艺，难以大面积推广应用。

实时监测大气中不存在的电池故障后产生的特征气体，可以保证高的可靠性。Srinivasan 等

连续提取电池热失控产生的气体，结果表明热失控产生的气体成分主要为CO

、CO、H

、C

H

、CH

、C

H

等。Jin等

通过氢气捕获来检测电池锂枝晶的生长，结果表明，H

捕获的时间比起火早580 s。王铭民等

对磷酸铁锂电池模组进行过充试验，研究 热 失 控 后H

、CO、CO

、HCl、HF、SO

、HCN 及EX(可燃气体) 8 类气体变化情况，提出了将H

、CO、CO

作为一级预警，将HCl、HF 作为二级预警的多级预警方式。

不同企业，其会计岗位设置不同，每个岗位必须按照要求完成其任务，在教学过程中事先将学生按照进行分组，组内成员分别担当不同会计岗位，如在一笔采购固定资产业务会计处理过程中，包括出纳、长期资产核算岗位、税务会计岗位和总账会计等不同角色，并进行轮岗，每一个学生作为个体有独立完成的任务，又是小组必不可少的成员之一，分角色实训有利于学生在工作中进行换位思考，也有利于学生从不同角度得到技能的全面训练。真实的会计岗位角色扮演将枯燥的专业知识与严谨的程序转变为生动的课堂游戏，既激发了学生浓厚的学习兴趣，又让学生通过角色体验加深了对未来所从事岗位的理解。

因此，本工作从磷酸铁锂储能电池热失控过程出发，搭建典型规模化储能舱实验平台，对比气体探测器、感烟和感温探测器、可见光和红外摄像头的预警先后顺序，并采用电压测量装置和热电偶对电池端电压、表面温度进行实时监测，深入剖析各装置预警有效性。研究发现H

探测器预警时间最早，且H

变化特征相对明显，更适合作为储能舱电池热失控的预警气体，为保证预警可靠性，可选择H

和CO探测器或多个H

探测器联合判断的方式来预警；烟感报警时电池已完全热失控，不能有效预警热失控，此时需要做好防爆措施，研究结果可为磷酸铁锂储能舱预警装置的选择提供理论支撑和参考。

1 电池过充热失控产气机理

由于规模化储能舱内电池众多，电池不一致性较大，容易存在个别电池过充的现象。锂离子电池过充所致的热失控通常会经历负极析锂、固体电解质界面(SEI)膜分解、嵌锂负极与电解液发生反应、隔膜熔化、正极分解、电解液自身分解、电解液汽化

，如图1所示。

磷酸铁锂电池过充后，由于负极嵌锂饱和，多余的锂离子开始在负极表面析出

，形成锂枝晶。有学者研究发现，常温下锂枝晶会与PVDF黏结剂发生反应，释放氢气

。锂枝晶的持续生长还会刺穿隔膜，形成微短路，释放热量。

电解液与金属锂反应

。

这些副反应没有绝对的先后顺序，可能同时进行多种副反应

。当电池内部气体积聚到一定程度后，安全阀会被冲破，随后会释放大量气液逸出物，其特征类似“白色烟雾”，其主要成分为汽化电解液(如DMC、EMC)以及可燃气体

。

可以看出，电池过充至热失控的过程中会产生H

、CO

以及烃类气体；此外，在一项过充条件下定量分析电池产气成分的研究中，H

、CO 的含量较高

。空气中几乎不含H

和CO，一旦监测到，可以较可靠地判断电池发生故障；而CO

为大气中主要气体之一，电池故障后CO

的变化特征不如氢气明显

；烃类气体成分复杂，产气成分与电解液成分有关，不同磷酸铁锂电池热失控时产生的烃类气体成分也不同，可以利用VOC(挥发性有机气体，包括烃类、酯、醛、酮类化合物)探测器监测。上述气体大部分都为易燃气体，大量集聚时，存在燃烧和爆炸的风险。基于上述分析，利用H

、CO、VOC 及电池放气的可燃特性对储能舱的安全性进行评判是可行的。但是，在储能舱环境中，探测器检测到相应气体的先后顺序及其对储能舱安全预警的有效性仍需要进一步研究。

综合考虑经济性、实用性，储能舱中通常会配备气体探测器、感烟探测器、感温探测器，从而实现锂离子电池热失控和储能舱火灾预警

。此外，储能舱还配备可见光摄像头和红外摄像头来辅助判断舱内的安全状况。然而，这些装置预警电池热失控的有效性及早期性还没有对比研究；且为了保证预警的可靠性，通常为多个装置联合研判的预警方式，该选取哪些装置联合判断仍没有统一标准；以及预警装置运行时，储能舱中的电池所处状态仍需深入研究。

2 储能舱安全预警实验平台

2.1 试验环境

为了对比分析不同气体探测器对磷酸铁锂电池储能舱安全预警有效性，利用6 m×2.2 m×2.6 m的储能实验舱搭建电池热失控与探测器预警实验平台。本文同时将H

、CO、VOC、可燃气探测器和感烟感温探测器布置在储能舱顶部中轴线的中心，实时监控电池产气情况并进行储能舱安全预警。试验环境如图2所示。

电池簇排列在储能舱两边，两列电池簇呈面对称，每列长约3.65 m、宽约0.62 m、高约1.8 m。试验对象为方形磷酸铁锂电池，该电池额定电压为3.2 V，共有两种容量：13 Ah 和50 Ah。试验时，将电池竖直固定在模组中，模组内其余空间用密闭的铝壳填满，将该模组放置在图2左下角位置。利用电压测量装置和热电偶实时采集端电压信息和电池表面中点处的温度信息，并记录在数据记录仪中。

由于规模化储能舱的地点固定，内部温度恒定，热失控事故常为单体电池过充引起。本工作采用恒流过充电池触发热失控的方式，对比分析不同探测器对储能舱安全预警的有效性。具体试验步骤如下：

此外，储能舱内还布置可见光摄像头、红外摄像头两种辅助预警装置。红外摄像头1个，布置在储能舱顶部的角落处；可见光摄像头有2个，布置在储能舱顶部中轴线的两侧，如图3所示。试验过程中可以实时获取舱内的图像信息。

试验所用H

和CO探测器使用的是电化学式传感器，测量范围为0～1000 ppm(1 ppm=10

)，分辨率为1 ppm，误差小于±3% FS；VOC 探测器使用光致电离型传感器，主要用于检测汽化电解液及副反应产生的不饱和烃类化合物，量程为0～100 ppm，分辨率为1 ppm，误差小于±3% FS；可燃气探测器使用催化燃烧式传感器，主要检测可燃气体(除乙炔以外)，量程为0～100% LEL(可燃气体的爆炸下限)，即0～50000 ppm，误差小于±3% LEL，即±1500 ppm；感烟探测器为光电式，执行GB 20517—2006《独立式感烟火灾探测报警器》标准

；感温探测器执行GB4716—2005 标准，报警的温度下限为54 ℃。可见光摄像头的分辨率为1920×1080，录制帧率为25 FPS(frames per second，每秒传输帧数)；红外摄像头的分辨率为640×480，考虑到储能舱内设施表面多为油漆涂刷，将摄像头辐射率设置为0.92。

2.2 试验方案

9日深夜,一些示威者开始强行占领邮电大楼；一些人前往火车站朝开往莫斯科的特快列车扔石头，打砸车窗玻璃，叫嚷“俄国狗……”；还有一些人则动用刀子、石块、皮带对付执勤警察，甚至抢夺其武器。赫鲁晓夫获悉事态近乎失控后终于明白：“不动武是不行的。”“不可以对这种狂热听之任之。”[5](P163-164)于是，他命令坦克、摩托化步兵和内务部队进入第比利斯市区。随后,军方动用坦克驱散了主要街道和列宁广场上的人群。一些人负隅顽抗，结果遭到了镇压。据不完全统计，“至少有20名示威者被打死，60人受伤，被捕入狱的人更多。”[9](P298-299)

（1）试验前，将电池放电至0%SOC；

（2）打开各个装置，检查其功能是否正常，并校准所有装置的时间；

阶段性的测试是对一段时间劳动成果的检验，为下一阶段的学习指引方向。除了笔试和上机考试，还应该开展学生自评、互评、教师评价。建立科学的评价体系并不断进行完善，让学生从中领悟平时学习态度和测试成绩的正向关系，了解自身的长处与短板。这样，学生才能增强学习信心，自愿主动地学习“计算机应用基础”。

2018年4月10日，矿产资源贫乏的日本宣布在本国经济区海域深处发现了储量高达1600万吨的稀土资源矿，可供全世界几百年之用。就在日本“幻想”藉此转身成世界级“稀土供应商”的时候，我国科考队员在东南太平洋海域首次发现面积约150万平方千米的富稀土沉积区。与喜出望外的日本人相比，我国专家们却很冷静地称：沉睡在海底的稀土看上去很美，短期实现规模化开采挖掘并不容易。

（3）关闭舱门并做好密封，采用充放电测试仪以1 C的充电电流对电池进行恒流充电，充电截止电压设为60 V；

（4）试验期间，通过各设备记录图像、电池端电压、表面温度、释放的气体浓度和感烟、感温探测器的报警时间等数据；

（5）试验人员实时关注可见光图像和充放电测试仪测得的电压，电池完全内短路后停止充电。

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3 不同探测器探测试验结果

3.1 50 Ah电池过充时各探测器探测结果

考虑不同气体探测器的误差，将H

、CO探测器报警阈值设为30 ppm，VOC 探测器报警阈值设为10 ppm，可燃气探测器报警阈值设为1500 ppm。则不同预警装置的报警时间为：

= 4488 s(H

)；

= 4608 s(CO)；

= 4714 s(VOC)；可燃气全程未报警；感烟探测器在5551 s 报警；感温探测器未报警。

根据电压和温度曲线，将电池分为4个阶段：

～

(0～3600 s)：这一阶段电池在正常充电，电池具有3.4 V 左右的电压平台，电池表面温度从23.4 ℃升至32.9 ℃，电压温度均处于正常状态。

～

(3600～4327 s)：在这一阶段，电池开始过充，电压从3.81 V升至5.36 V，电压上升是由于负极过渡嵌锂以及锂枝晶的析出

，电池表面温度从32.9 ℃升高至51.8 ℃，电池开始发生副反应并释放热量。

～

(4327～4370 s)：这一阶段，电池电压略微下降，这可能是由于电解质与电极界面锂相关副反应消耗了锂以及阴极活性材料结构发生了变化

，电池表面温度从51.8 ℃升至58.5 ℃，电池升温加剧。

～

(4370～4752 s)：这一阶段，电池电压首先迅速上升，随后迅速下降至接近0 V，电池安全阀于4451 s 打开，电池温度迅速上升至最高点250.1 ℃，随后开始下降，说明电池在这一阶段内发生热失控。

乐山市位于四川中南部、四川盆地西南部、成都平原至川西南山地过渡带。北连眉山市，东邻自贡市，南接宜宾市和凉山彝族自治州，西界雅安市。介于东经102°55′～104°00′、北纬28°25′～29°55′之间。南北长165 km，东西宽90～120 km，幅员面积12 723 km2。市境地势呈西南高、东北低的倾斜状，地貌以山地为主，丘陵次之，平原较少，分别占全市幅员面积的67%、21%、12%。海拔高程306～4 288 m。气候属水热组合优越的中亚热带季风湿润气候，为我国内地四川盆地西部特殊的“海洋性气候岛”的一部分。地层从前震旦系峨边群到第四系全新统都有赋存。

若将温度增长率大于0.5 ℃/s 定义为热失控，电池在

= 4620 s 发生热失控，此时电池温度为116.4 ℃。

实在忍不下去了，林志发疯似的冲过去，一下把桌子掀翻了。紫云不动声色，静坐在那里，冷笑道：“好，你有种，来打我！我今天倒要看你有几大个狠气！”

特征气体浓度曲线和感烟感温探测器报警情况如图5所示。

在安全阀打开前，各气体探测器均没有检测到特征气体的产生，安全阀打开后(4451 s)，大约过了15 s，H

、CO、VOC 探测器的浓度均开始不同程度地上升，此时电池状态处于

～

阶段，电池表面温度为71.9 ℃，温升速率为0.13 ℃/s，电池未完全热失控，且表面温度较低，热失控并不会扩散至周边电池；由图5可知，H

浓度上升最快，其次是CO，VOC气体浓度较低；4870 s后，可燃气探测器检测的浓度开始上升，其浓度要低于H

、CO、VOC等可燃气浓度之和，主要是由于可燃气探测器误差为±1500 ppm，在低浓度区间(1000 ppm左右)，相对误差高达2倍，不能准确反映实际可燃气的浓度。

开始充电的时间记为

=0 s，试验过程中电池电压、表面温度与时间的关系曲线如图4所示。

可见光图像如图6所示。由图6可知，当H

探测器探测的浓度大于30 ppm 时，舱内图像还是正常的；大约在安全阀打开3 min后，舱内看到大量白烟的产生，且起初沉积在储能舱底部，此时电池表面温度为141.3 ℃，温升速率为0.78 ℃/s；4687 s时，白烟几乎铺满了储能舱底部，随后释放的白烟开始上升；直至4915 s，白烟充斥在储能舱内，此时电池温度223.4 ℃，电池表面温度缓慢下降，电池热失控基本结束。

同样将电池分为4个阶段：

3.2 13 Ah电池过充时各探测器探测结果

13 Ah电池过充电过程中电压、温度曲线如图8所示。

过充电池所在模组附近的红外摄像头图像如图7所示。由图7可看出，4661 s后，过充电池所在模组的温度有较明显的变化，高温区域主要集中在模组壳体的顶部，主要是由电池喷出的高温气体导致模组顶部变热。4661～4713 s 可以看到释放出来的高温气体。然而，整个试验过程中红外摄像头所记录的最高温度也仅为41.8 ℃，这可能跟过充电池放在模组正中间有关；此外，可见光视频在4661 s时可以明显看到大量白烟，而红外视频最高温度仅37.1 ℃，可以看到释放白烟的现象，但特征不够明显。因此，可见光摄像头更适合进行辅助预警。

当明确导联错接类型后，就可以利用Einthoven三角定律纠正因肢体导联夹错接造成的异常肢导联心电图。依据前文推导，N导联夹错接上肢会打破Einthoven三角平衡，新形成的心电图无法通过导联夹互换或镜像改变而还原成正常导联连接状态的心电图。一旦发现这种心电图，必须重新作图。假设错接后的肢体导联为Ⅰ′、Ⅱ′、Ⅲ′、aVR′、aVL′、aVF′，则得出其余几种肢体导联错接的心电图快速调整方式如表3所示。

～

(0～3600 s)：电池表面温度从16.7 ℃升至29.8 ℃。

～

(3600～4453 s)：电压从3.69 V 升至5.49 V，电池表面温度从29.8 ℃升高至68.5 ℃。

～

(4453～4559 s)：电池电压略微下降，电池表面温度从68.5 ℃下降到64.4 ℃，推测可能是电池鼓包后，热电偶粘贴不牢固导致。

～

(4559～5033 s)：电池安全阀于4579 s打开，电池电压剧烈波动，电池温度迅速上升至最高点159.6 ℃。

将温度增长率大于0.5 ℃/s 定义为热失控时，电池在

= 4910 s 发生热失控，此时电池温度为90.8 ℃。

气体浓度曲线如图9 所示。在电池热失控全过程中，可燃气探测器没有探测到相应气体；安全阀打开后(4579 s)，大约过了160 s，H

、CO、VOC 探测器先后检测到相应气体，其检测到相应气体的时间比50 Ah 电池试验的要晚，此时电池表面温度为62.6 ℃，温升速率为0.1 ℃/s，未完全热失控。

调整因素作用影响监控能力的关键因素之一主要建立在反思因素基础之上，只有学生进行了相应的反思，从而对学习策略学习方法进行及时的调整.

同样地，若将H

、CO 探测器报警阈值设为30 ppm，VOC探测器报警阈值设为10 ppm，则不同装置报警时间：

= 4788 s(H

)；

=5064 s(CO)；

=5067 s(VOC)；感烟探测器在5176 s报警；感温探测器未报警。

可见光摄像头图像如图10 所示。由可见光可知，H

探测器浓度示数大于30 ppm时，舱内依然无明显白烟；安全阀打开后大约6 min，电池舱内会明显看到白烟的产生，此时电池表面温度为123.4 ℃，温升速率为1.72 ℃/s。与50 Ah 电池一样，13 Ah 电池产出的白烟起初沉积在舱底，随后开始上升，但13 Ah 电池产烟量明显比50 Ah 电池少得多。两种容量的电池产烟都非常迅速，从开始出现白烟到充斥储能舱不超过5 min。

3.3 不同装置对储能舱安全预警有效性分析

由50 Ah 和13 Ah 电池试验结果，将具有代表性时间点汇总得到图11。

由图11 可直观对比不同容量电池过充后不同预警装置报警的先后顺序。其中感烟探测器在产烟量更大的50 Ah电池过充试验中，报警时间反而比13 Ah 的滞后，说明烟感在储能舱电池热失控预警中的一致性较差，难以保证可靠的预警；此外烟感报警时电池表面温度已经达到峰值，电池已经完全热失控，若模组内都为真实电池的话，会存在热失控蔓延风险；烟感报警时间总是滞后于H

、CO探测器，其原因之一是H

、CO的分子体积小，更容易扩散至顶部，而烟雾颗粒相对较大，产生的白烟起初沉积在储能舱底部，扩散的时间相对更长，因此若将烟感安装在储能舱底部或者顶部和底部相结合的方式，有望提前烟感的报警时间。在13 Ah电池过充试验中，可燃气探测器未检测到相应气体，这主要是由于H

、CO、VOC 等可燃气含量太少(总和约400 ppm)，而可燃气探测器检测范围是0～50000 ppm，几乎无法分辨出来；50 Ah 电池过充试验中，可燃气探测器浓度<1500 ppm(探测器误差为±1500 ppm)，因此不在考虑范围内。对比H

、CO、VOC 3 种气体，设置合适的报警阈值后(H

、CO 为30 ppm，VOC 为10 ppm)，通常为H

探测器最先报警，其次是CO，最后是VOC。其中，H

在3 种气体中变化特征明显，此外大气中不含H

，预警可靠性高，更适合作为储能舱内电池热失控的预警气体。

为了防止预警装置误判(如气体传感器零点漂移和温度漂移导致探测精度下降)，储能舱通常会利用多个装置联合研判，从而进行舱内电池事故的预警。根据图11 可以选择H

和CO 探测器联合判断或多个H

探测器联合判断的方式，即H

和CO探测器所测浓度或多个氢气探测器所测浓度同时超过30 ppm，此时电池即将热失控或处于热失控初级阶段，应当立即切断过充电池所在电池簇，并采取强力散热措施，从而防止电池进一步恶化或热失控的蔓延；利用可见光摄像头监控的产烟特征可以进一步确认舱内电池是否热失控。若感烟探测器报警时，说明白烟已经充斥在储能舱，电池已经完全热失控，有热失控蔓延的风险，此外白烟易燃，可能会发生燃烧甚至爆炸事故，应做好防爆措施，如打开强排风扇进行通风，避免舱内断路器跳闸合闸时拉出电弧。

4 结 论

本文对磷酸铁锂电池进行过充试验，通过搭建H

、CO、VOC、可燃气探测器和感烟感温探测器，来对比不同装置对储能舱安全事故预警的有效性，得到以下结论：

（1）烟感对电池产生的白烟敏感度较低，烟感报警时，电池温度已经超过150 ℃，可能会发生热失控蔓延风险，且此时易燃的白烟充斥在储能舱，易发生爆燃爆炸风险，不能有效预警储能舱内电池热失控。

设置检修应急通道对渡槽结构进行导流减载，对槽身已出现的裂缝进行封闭处理，对横向结构复核不满足的部位进行碳纤维布补强加固处理，对纵向结构复核不满足的部位进行碳纤维布补强加固处理，对完成碳纤维补强加固处理后的槽身表面喷涂聚合物砂浆保护。

（2）对50 Ah 和13 Ah 磷酸铁锂电池过充至热失控时，储能舱顶部不同装置预警的先后顺序为：H

、CO、VOC、烟感(由先到后排序)，且过充电池的容量越大，产气的量也越多，安全阀打开后会释放更多的气体，这些气体被检测到的时间也越靠前，显然气体预警对大容量电池更有优势；

（3）在H

、CO、VOC 这3 种特征气体中，H

变化特征明显，预警可靠性高，更适合作为舱内电池热失控的预警气体。

（4）考虑到现有特征气体传感器存在零点漂移和温度漂移，而导致探测精度降低，可以利用H

和CO探测器联合判断或多个H

探测器联合判断的方式进行储能舱安全预警。

[1] 李先锋,张洪章,郑琼,等.能源革命中的电化学储能技术[J].中国科学院院刊,2019,34(4):443-449.LI X F, ZHANG H Z, ZHENG Q, et al. Electrochemical energy storage technology in energy revolution[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2019,34(4):443-449.

[2] DUNN B, KAMATH H,TARASCON J M. Electrical energy storage for the grid: A battery of choices[J]. Science, 2011, 334(6058):928-935.

[3] 胥彦玲, 李纯, 扆铁梅, 等. 基于专利分析的锂离子电池储能技术发展态势[J].储能科学与技术,2017,6(2):323-329.XU Y L, LI C, YI T M, et al. Development trend of lithium-ion battery energy storage technology based on patent analysis[J].Energy Storage Science and Technology,2017,6(2):323-329.

[4] 周芳, 刘思, 侯敏. 锂电池技术在储能领域的应用与发展趋势[J]. 电源技术,2019,43(2):348-350.ZHOU F, LIU S, HOU M. Application and development tendency of lithium battery technology in energy storage field[J]. Chinese Journal of Power Sources,2019,43(2):348-350.

[5] 胡振恺, 雷博, 李勇琦, 等. 储能用锂离子电池安全性测试与评估方法比较[J].储能科学与技术,2022,11(5):1650-1656.HU Z K, LEI B, LI Y Q, et al. Comparative study on safety test and evaluation methods of lithium-ion batteries for energy storage[J].Energy Storage Science and Technology,2022,11(5):1650-1656.

[6] 汪伟伟, 丁楚雄, 高玉仙, 等. 磷酸铁锂及三元电池在不同领域的应用[J].电源技术,2020,44(9):1383-1386.WANG W W, DING C X, GAO Y X, et al. Application of LFP and NCM batteries in different fields[J]. Chinese Journal of Power Sources,2020,44(9):1383-1386.

[7] 高平, 许铤, 王寅. 储能用锂离子电池及其系统国内外标准研究[J].储能科学与技术,2017,6(2):270-274.GAO P, XU T, WANG Y. Research on the standards of lithium ion battery and its system used in energy storage[J]. Energy Storage Science and Technology,2017,6(2):270-274.

[8] OULD ELY T, KAMZABEK D, CHAKRABORTY D. Batteries safety: Recent progress and current challenges[J]. Frontiers in Energy Research,2019,7:71.

[9] 吴静云, 黄峥, 郭鹏宇. 储能用磷酸铁锂(LFP)电池消防技术研究进展[J].储能科学与技术,2019,8(3):495-499.WU J Y, HUANG Z, GUO P Y. Research progress on fire protection technology of LFP lithium-ion battery used in energy storage power station[J]. Energy Storage Science and Technology,2019,8(3):495-499.

[10]清华大学. 2019 年动力电池安全性研究报告[R/OL]. 北京: 2019.[2019-12-10].http://www.199it.com/archives/929672.html.Tsinghua University. 2019 Power battery safety study report[R/OL].Beijing:2019.[2019-12-10].http://www.199it.com/archives/929672.html.

[11]FENG X N, SUN J, OUYANG M G, et al. Characterization of penetration induced thermal runaway propagation process within a large format lithium ion battery module[J]. Journal of Power Sources,2015,275:261-273.

[12]LAMB J, ORENDORFF C J, STEELE L A M, et al. Failure propagation in multi-cell lithium ion batteries[J]. Journal of Power Sources,2015,283:517-523.

[13]LIAO Z H, ZHANG S, LI K, et al. A survey of methods for monitoring and detecting thermal runaway of lithium-ion batteries[J].Journal of Power Sources, 2019, 436: doi:10.1016/j.jpowsour.2019.226879.

[14]赖铱麟,杨凯,刘皓,等.锂离子电池安全预警方法综述[J].储能科学与技术,2020,9(6):1926-1932.LAI Y L, YANG K, LIU H, et al. Lithium-ion battery safety warning methods review[J]. Energy Storage Science and Technology,2020,9(6):1926-1932.

[15]RAHIMI-EICHI H, OJHA U, BARONTI F, et al. Battery management system:An overview of its application in the smart grid and electric vehicles[J].IEEE Industrial Electronics Magazine,2013,7(2):4-16.

[16]谭泽富,孙荣利,杨芮,等.电池管理系统发展综述[J].重庆理工大学学报(自然科学),2019,33(9):40-45.TAN Z F, SUN R L, YANG R, et al. Overview of battery management system[J]. Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science),2019,33(9):40-45.

[17]RAGHAVAN A, KIESEL P, SOMMER L W, et al. Embedded fiberoptic sensing for accurate internal monitoring of cell state in advanced battery management systems part 1: Cell embedding method and performance[J]. Journal of Power Sources, 2017,341:466-473.

[18]GANGULI A, SAHA B, RAGHAVAN A, et al. Embedded fiberoptic sensing for accurate internal monitoring of cell state in advanced battery management systems part 2: Internal cell signals and utility for state estimation[J]. Journal of Power Sources,2017,341:474-482.

[19]SRINIVASAN R, DEMIREV P A, CARKHUFF B G. Rapid monitoring of impedance phase shifts in lithium-ion batteries for hazard prevention[J].Journal of Power Sources,2018,405:30-36.

[20]SRINIVASAN R, DEMIREV P A, CARKHUFF B G. Rapid monitoring of impedance phase shifts in lithium-ion batteries for hazard prevention[J].Journal of Power Sources,2018,405:30-36.

[21]JIN Y, ZHENG Z K, WEI D H, et al. Detection of micro-scale Li dendrite

H

gas capture for early safety warning[J]. Joule,2020,4(8):1714-1729.

[22]王铭民, 孙磊, 郭鹏宇, 等. 基于气体在线监测的磷酸铁锂储能电池模组过充热失控特性[J].高电压技术,2021,47(1):279-286.WANG M M, SUN L, GUO P Y, et al. Overcharge and thermal runaway characteristics of lithium iron phosphate energy storage battery modules based on gas online monitoring[J]. High Voltage Engineering,2021,47(1):279-286.

[23]国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 独立式感烟火灾探测报警器:GB 20517—2006[S].北京:中国标准出版社,2007.General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China, Standardization Administration of the People’s Republic of China. Self-contained smoke alarms: GB 20517—2006[S]. Beijing: Standards Press of China,2007.

[24]WANG Q S, MAO B B, STOLIAROV S I, et al.A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies[J].Progress in Energy and Combustion Science,2019,73:95-131.

[25]冯旭宁. 车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控[D].北京:清华大学,2016.FENG X N.Thermal runaway initiation and propagation of lithiumion traction battery for electric vehicle: Test, modeling and prevention[D].Beijing:Tsinghua University,2016.

[26]BAI P, LI J, BRUSHETT F R, et al. Transition of lithium growth mechanisms in liquid electrolytes[J]. Energy & Environmental Science,2016,9(10):3221-3229.

[27]LANG J L, LONG Y Z, QU J L, et al. One-pot solution coating of high quality LiF layer to stabilize Li metal anode[J]. Energy Storage Materials,2019,16:85-90.

[28]ZHAO L W, WATANABE I, DOI T, et al. TG-MS analysis of solid electrolyte interphase (SEI) on graphite negative-electrode in lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2006, 161(2):1275-1280.

[29]颜雪冬,马兴立,李维义,等.浅析软包装锂离子电池胀气问题[J].电源技术,2013,37(9):1536-1538.YAN X D, MA X L, LI W Y, et al. Analysis of swollen problem in soft packing lithium-ion batteries[J]. Chinese Journal of Power Sources,2013,37(9):1536-1538.

[30]GACHOT G, GRUGEON S, ESHETU G G, et al. Thermal behaviour of the lithiated-graphite/electrolyte interface through GC/MS analysis[J].Electrochimica Acta,2012,83:402-409.

[31]黄沛丰.锂离子电池火灾危险性及热失控临界条件研究[D].合肥:中国科学技术大学,2018.HUANG P F. Research on the fire risk of lithium ion battery and the critical condition of thermal runaway behavior[D]. Hefei:University of Science and Technology of China,2018.

[32]PING P, WANG Q S, HUANG P F, et al. Study of the fire behavior of high-energy lithium-ion batteries with full-scale burning test[J].Journal of Power Sources,2015,285:80-89.

[33]RÖDER P, BABA N, FRIEDRICH K A, et al. Impact of delithiated Li

FePO

on the decomposition of LiPF

-based electrolyte studied by accelerating rate calorimetry[J]. Journal of Power Sources,2013,236:151-157.

[34]YANG H, SHEN X D. Dynamic TGA-FTIR studies on the thermal stability of lithium/graphite with electrolyte in lithium-ion cell[J].Journal of Power Sources,2007,167(2):515-519.

[35]KAWAMURA T, KIMURA A, EGASHIRA M, et al. Thermal stability of alkyl carbonate mixed-solvent electrolytes for lithium ion cells[J].Journal of Power Sources,2002,104(2):260-264.

[36]WANG Q S, SUN J H, YAO X L, et al. Thermal stability of LiPF

/EC+DEC electrolyte with charged electrodes for lithium ion batteries[J].Thermochimica Acta,2005,437(1/2):12-16.

[37]FERNANDES Y, BRY A, DE PERSIS S. Identification and quantification of gases emitted during abuse tests by overcharge of a commercial Li-ion battery[J]. Journal of Power Sources,2018,389:106-119.

[38]唐文杰,姜欣,刘昊琰,等.基于气液逸出物图像识别的锂离子电池火灾早期预警[J/OL]. 高电压技术: 1-12. [2022-05-04]. https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=GDYJ2022022201P&uniplatform=NZKPT&v=KLS-wUp7 FUktLy1ShGVS9y72018A-tpj3ZlyGfYL5negSohw8UGQRsmwl5h3nI1w.TANG W J, JIANG X, LIU H Y, et al. Early warning of lithium-ion battery fire based on image recognition of gas-liquid escape[J/OL].High Voltage Engineering:1-12.[2022-05-04].https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=GDYJ2022022201P&uniplatform=NZKPT&v=KLS-wUp7FUktLy1ShGVS 9y72018A-tpj3ZlyGfYL5negSohw8UGQRsmwl5h3nI1w.

[39]WANG Z P, YUAN J, ZHU X Q, et al. Overcharge-to-thermalrunaway behavior and safety assessment of commercial lithiumion cells with different cathode materials: A comparison study[J].Journal of Energy Chemistry,2021,55:484-498.

[40]YE J N, CHEN H D, WANG Q S, et al. Thermal behavior and failure mechanism of lithium ion cells during overcharge under adiabatic conditions[J].Applied Energy,2016,182:464-474.

[41]REN D S, FENG X N, LU L G, et al. An electrochemical-thermal coupled overcharge-to-thermal-runaway model for lithium ion battery[J].Journal of Power Sources,2017,364:328-340.