在航空货物机舱条件下，锂离子JLG蓄电池的热 runaway行为：触发协议、加热功率和预加载力的影响
来源：JLG电瓶 2026-07-15 09:08:35 点击：
在航空货物行李环境中，锂离子电池（LIBs）的安全性值得引起重视，因为航空业对安全有很高的要求。本研究旨在实验性地研究在模拟航空货物行李环境（80 kPa，15°C）下LIBs的热 runaway行为，重点研究几个关键外部因素，包括触发方法、加热功率和预加载力对热 runaway特性及危险等级的影响。结果表明，过充电虽然使热 runaway发生较晚，但显著加剧了严重程度，最高温度达到692.1°C——远超外部过热的情况。更高的加热功率加速了热 runaway过程并提高了最高温度。值得注意的是，增加预紧力显著影响安全阀的启动时间：较高的预紧力会提前阀门开启，对应的启动温度较低。危险和风险评估表明，过充电情况下LIBs的热 runaway是最大的危险，但其热积累速率显著低于加热板引起的热 runaway，因此在不同操作条件下热 runaway的风险最低。增加加热功率会显著提高热 runaway的危险和风险。与其他操作条件相比，预紧力对LIBs热 runaway的危险和风险影响相对较小。本研究揭示了飞机货舱中LIBs的关键安全因素，为精确的风险评估和早期预警系统开发提供了实际证据。从而有效地保障航空安全。
锂离子电池（LIBs）由于其高能量密度和长循环寿命，在消费电子产品、电动汽车和航空航天应用中获得了广泛应用[1]，[2]。然而，在正常或误用条件下可能会发生的热 runaway（TR）仍然是导致电池火灾和爆炸等严重安全事件的主要原因[3]。特别是在飞机货舱的特殊环境中，低气压、特定温度和湿度条件以及严格的安全要求并存，对LIBs的TR行为进行研究至关重要。在航空旅行中，携带大量包含LIBs的电子设备已成为常态[4]，[5]。电池误用的潜在风险（如机械损坏、过热）在货舱或客舱中忽视货物(或过度充电)是不可接受的。如果发生热 runaway (TR)，可能会引发火灾，对乘客安全和飞机运营构成严重威胁[6]。飞机的货舱通常被加压到相当于6000至8000英尺(约60至80千帕)的高度，这显著改变了锂离子电池的安全性和电化学特性[7]。因此，深入研究飞机货舱环境中锂离子电池的热 runaway (TR) 特性，对于完善航空安全法规和开发电池安全早期预警与预防技术具有重要的实际意义。飞机货舱通常被加压到相当于6000至8000英尺（约60至80千帕）的高度，这显著改变了锂离子电池的安全性和电化学特性[7]。因此，对锂离子电池在飞机货舱环境中的热释放特性进行深入研究，对于完善航空安全法规和开发电池安全早期预警与预防技术具有重要的实际意义。飞机货舱通常被加压到相当于6000至8000英尺（约60至80千帕）的高度，这显著改变了锂离子电池的安全性和电化学特性[7]。因此，对锂离子电池在飞机货舱环境中的热释放特性进行深入研究，对于完善航空安全法规和开发电池安全早期预警与预防技术具有重要的实际意义。对锂电池在航空货舱环境中的TR特性进行深入调查，对于完善航空安全法规和开发电池安全早期预警及预防技术具有重要的实际意义。对锂电池在航空货舱环境中的TR特性进行深入调查，对于完善航空安全法规和开发电池安全早期预警及预防技术具有重要的实际意义。
对LIBs的TR特性进行了大量研究。研究表明，电池TR可以由电滥用、热滥用或机械滥用触发[8], [9], [10]。一旦发生TR，可能会导致气体释放、固体喷射、高温、突然的压力激增，甚至燃烧和爆炸。这些现象可能会引发次生灾害，导致严重的人员伤亡和财产损失[5], [11], [12]。周等人[13]通过分析温度、产热和TR传播速率，研究了过热条件下LIBs的TR特性。他们的研究结果表明，在热滥用期间，外部热输入、加热功率、温度和温度梯度是触发TR的关键因素。内部热 runaway（TR）可能由积累的外部热输入或温度梯度的增加引发。Wang等人[14]研究了在过充电条件下LIBs的TR特性及气体释放行为，发现提高充电速率加速了电池内锂枝晶的形成，导致更早的短路和更快的TR链反应过渡。此外，Huang等人[15]比较了在过充电和过热条件下大尺寸LIBs的TR特性。研究表明，由过充电引起的TR比过热引起的TR具有更大的风险和更严重的危害，因为它释放更多的热量、可燃气体，并引发更大的质量损失。Chen等人[16] 研究了在外部加热和热传递以及各种环境压力下，LIBs的TR和燃烧行为，结果表明，随着外部压力的降低，TR延迟时间缩短。这种加速归因于在低压条件下安全阀的过早破裂，这加速了TR的启动。Liu等人[17]分析了在低压条件下由电滥用引起的LIBs的TR特性。研究揭示了随着压力降低，安全阀开启得更早。此外，产生了更多的易燃气体（例如，CH[17] 分析了在低压条件下电滥用引起的锂离子电池的TR特性。研究揭示了随着压力降低，安全阀开启得更早。此外，产生了更多的易燃气体（例如，CH[17] 分析了在低压条件下电滥用引起的锂离子电池的TR特性。研究揭示了随着压力降低，安全阀开启得更早。此外，产生了更多的易燃气体（例如，CH4，H4，CO）是在低压下观察到的，他们将其归因于CH3OH更完全地转化为较小分子。Cui等人[18]研究了在不同预加载力下LIBs的TR行为。研究结果表明，增加预加载会导致TR期间更高的温度和更大的气体产生。特别是当力超过2.0 kN时，内部会发生强烈的持续燃烧反应，消耗由热分解产生的可燃气体。这减少了气体释放并减轻了TR相关的危害。
值得注意的是，现有文献中关于在低压环境下LIBs热 runaway的研究仍然存在显著的局限性。大多数已发表的研究只采用单一的低压环境，没有耦合典型的低温度（15°C）和受限的热传递约束，这与实际航空货物行李舱的环境不一致，因此无法再现航空用LIBs的实际使用环境[19], [20], [21]。此外，先前的低压研究大多只关注单一的滥用条件（过热或过充电），并且在相同货物行李舱环境下缺乏不同触发模式的比较。在航空货物行李舱条件下（80kPa，15°C），加热功率和预载荷对电池热 runaway特性的影响尚未被系统揭示。这项研究集中于实际的航空货物货仓环境（80 kPa，15°C），并系统地比较了外部加热和过充电引发的热释放特性，以及加热功率和预加载力对热释放特性的影响。它强调了在航空场景中对电池热释放特性安全研究的特殊性和必要性。
介绍
对LIBs的TR特性进行了大量研究。研究表明，电池TR可以由电滥用、热滥用或机械滥用触发[8], [9], [10]。一旦发生TR，可能会导致气体释放、固体喷射、高温、突然的压力激增，甚至燃烧和爆炸。这些现象可能会引发次生灾害，导致严重的人员伤亡和财产损失[5], [11], [12]。周等人[13]通过分析温度、产热和TR传播速率，研究了过热条件下LIBs的TR特性。他们的研究结果表明，在热滥用期间，外部热输入、加热功率、温度和温度梯度是触发TR的关键因素。内部热 runaway（TR）可能由积累的外部热输入或温度梯度的增加引发。Wang等人[14]研究了在过充电条件下LIBs的TR特性及气体释放行为，发现提高充电速率加速了电池内锂枝晶的形成，导致更早的短路和更快的TR链反应过渡。此外，Huang等人[15]比较了在过充电和过热条件下大尺寸LIBs的TR特性。研究表明，由过充电引起的TR比过热引起的TR具有更大的风险和更严重的危害，因为它释放更多的热量、可燃气体，并引发更大的质量损失。Chen等人[16] 研究了在外部加热和热传递以及各种环境压力下，LIBs的TR和燃烧行为，结果表明，随着外部压力的降低，TR延迟时间缩短。这种加速归因于在低压条件下安全阀的过早破裂，这加速了TR的启动。Liu等人[17]分析了在低压条件下由电滥用引起的LIBs的TR特性。研究揭示了随着压力降低，安全阀开启得更早。此外，产生了更多的易燃气体（例如，CH[17] 分析了在低压条件下电滥用引起的锂离子电池的TR特性。研究揭示了随着压力降低，安全阀开启得更早。此外，产生了更多的易燃气体（例如，CH[17] 分析了在低压条件下电滥用引起的锂离子电池的TR特性。研究揭示了随着压力降低，安全阀开启得更早。此外，产生了更多的易燃气体（例如，CH4，H4，CO）是在低压下观察到的，他们将其归因于CH3OH更完全地转化为较小分子。Cui等人[18]研究了在不同预加载力下LIBs的TR行为。研究结果表明，增加预加载会导致TR期间更高的温度和更大的气体产生。特别是当力超过2.0 kN时，内部会发生强烈的持续燃烧反应，消耗由热分解产生的可燃气体。这减少了气体释放并减轻了TR相关的危害。
值得注意的是，现有文献中关于在低压环境下LIBs热 runaway的研究仍然存在显著的局限性。大多数已发表的研究只采用单一的低压环境，没有耦合典型的低温度（15°C）和受限的热传递约束，这与实际航空货物行李舱的环境不一致，因此无法再现航空用LIBs的实际使用环境[19], [20], [21]。此外，先前的低压研究大多只关注单一的滥用条件（过热或过充电），并且在相同货物行李舱环境下缺乏不同触发模式的比较。在航空货物行李舱条件下（80kPa，15°C），加热功率和预载荷对电池热 runaway特性的影响尚未被系统揭示。这项研究集中于实际的航空货物货仓环境（80 kPa，15°C），并系统地比较了外部加热和过充电引发的热释放特性，以及加热功率和预加载力对热释放特性的影响。它强调了在航空场景中对电池热释放特性安全研究的特殊性和必要性。