消防科学与技术

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1. 触觉传感技术在锂离子电池热失控预警中的应用

唐亮, 尚文艳, 张少禹, 陈召凡

消防科学与技术 2024, 43 (5): 651-655.

摘要（1159）

针对应用触觉传感技术进行储能用锂离子电池的热失控安全监控开展了研究，选取52 Ah方壳磷酸铁锂电池作为研究对象，采用加热板触发单体及模组电池热失控，并结合力、电、热等多种实时监测手段，详细剖析了单体和模组层级的热失控过程。在单体级热失控试验中，电池温度因加热板作用而逐渐升高，112 s后内部短路导致膨胀力急剧增强，比电压和温度的响应能力提前8.9 min。进一步扩展到模组级热失控试验，在触发端部电池热失控后，尤其在热蔓延导致相邻电芯热失控阶段，膨胀力在电池温度和电压尚无明显变化时出现快速增长，可较电压和温度提前约6.0 min响应热失控。试验证明，相对电池温度、电压等特征，电池膨胀力能提前预警电池热失控，引入力维度数据监控能有效提高储能用锂离子电池热失控的预警能力。

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2. 锂离子电池热失控内部压力测试方法研究

刘恩宏, 黄文盛, 徐成善, 冯旭宁

消防科学与技术 2024, 43 (5): 750-755.

摘要（1035）

锂离子电池作为新能源汽车等战略性产业的核心部件，安全性受到广泛关注。电池安全事故通常始于电池热失控，即电池内部出现剧烈的链式放热连锁反应，产生并释放大量可燃气体。本文提出了一种锂离子电池热失控内部压力测试方法并开展了电池热失控试验，通过测量电池热失控时的内部压力分析热失控过程。结果发现，产气会造成内部压力迅速变化，释放的1 000 ℃、0.25~0.50 MPa高温高压气体对传热散热过程有显著影响。同时，因产气造成的电池内部压力变化早于内短路造成的开路电压变化和电池产热造成的温度变化。该方法对全面研究热失控机理，提升热失控预警、排气阀设计等电池安全技术性能具有重要意义。

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3. 低温循环老化锂离子电池热失控特性研究

赵路遥, 童军, 徐果, 张钧铭

消防科学与技术 2024, 43 (6): 780-786.

摘要（1957）

锂离子电池在低温环境下工作会不可避免地发生循环老化，导致电池容量下降、阻抗增加等性能衰退，更会加剧电池发生热失控的风险。文章搭建了热失控试验平台，进行锂离子电池低温环境下循环老化热失控特性研究，分析老化程度、荷电状态及其耦合条件对锂离子电池热失控特性的影响。研究发现：在-10 ℃的低温环境下，电池发生燃爆的时间提前，喷射更加剧烈，温升速率上升更为明显，但电池表面上部（近泄压阀）温度随循环圈数的增加而降低。由于电池下部没有喷射口，热量聚集导致电池下部温度略高于上部。试验同时给出了不同老化程度及荷电状态下电池发生热失控时的电压及质量损失演变规律。研究结果有助于提高对老化锂离子电池热失控特性的认识，为低温环境下运行的锂离子电池安全性提供理论依据及数据支撑。

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4. 锂离子电池热失控阻隔材料研究进展与展望

周钰鑫, 刘彦辉, 唐亮, 叶从亮, 张磊, 郝梦龙, 黄鑫炎

消防科学与技术 2024, 43 (5): 613-619.

摘要（1030）

全球环境污染与能源短缺问题的持续升级，使得锂离子电池等新型储能技术成为新能源革命中的重要方案。然而，电池的安全隐患，尤其是大规模电池组热失控及其传播触发的火灾风险，是电池储能行业进一步规模化的关键问题。文章把握行业痛点，总结了抑制电池热失控及其传播的阻隔材料的研究进展，并从吸热、隔热、吸热-隔热协同三方面对阻隔材料的功能进行分类评价。最后，整理了系统级电池热失控及其火灾的仿真模型与抑制策略，有助于厘清阻隔材料抑制电池热失控火蔓延的研究脉络，为后续的创新性研究工作提供思路。

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5. 新能源汽车底部碰撞安全测评技术研究

闫鹏飞, 何兴, 高妍, 刘祎帆,

消防科学与技术 2024, 43 (5): 737-742.

摘要（922）

通过对复杂底部碰撞场景的分析，并基于托底工况，结合试验和仿真手段搭建出底部防护安全测评技术方案，揭示了底部磕碰障碍物和电池系统的作用机理。基于试验和仿真的联动分析，创建涵盖不同损伤因子的多工况、可结构设计优化的最优测评方案，为复杂场景工况合理提取、有效表征新能源汽车底部碰撞安全问题提供重要支撑。

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6. 三元锂电池电动自行车火灾燃烧特性研究

何学超, 刘振飞, 何瑾

消防科学与技术 2024, 43 (5): 722-725.

摘要（277）

通过对三元锂电池电动自行车开展实体燃烧试验，研究了电动自行车火灾的发展和蔓延过程，分析了燃烧现象、温度及烟气变化等典型特征。试验结果表明，电动自行车火灾发展迅速，燃烧过程中伴随射流火和爆炸现象。在距地面1 m处，测得的火羽流温度最高可达730 ℃，此时对应的最大热释放速率为1 290 kW。通过对烟气毒性进行评估，计算得到有效剂量百分数FED值为1.8，表明在此火灾环境中大约一半人员会因烟气毒气危害而丧生。此外，产生的烟气中还包含大量易燃易爆气体，其中H2含量最高为2 300 μL/L。

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7. 磷酸铁锂电池热失控传播特性的影响因素研究

宋来丰, 田佳敏, 刘勇, 王青松

消防科学与技术 2024, 43 (5): 641-650.

摘要（1043）

以试验方式探究影响磷酸铁锂电池热失控传播的主要因素，设计了不同荷电状态、电池间距以及电气连接方式的电池模组开展热失控传播试验，根据温度、电压以及质量等参数，分析了不同因素对热失控传播的影响程度。结果表明，3种因素对热失控传播的影响程度依次为：荷电状态、电池间距、电气连接方式。同时得到导致热失控传播的主要传热路径是向下游电池传热。

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8. 储能用锂离子电池纳入强制监管的可行性研究

王晓冬, 赵丽香

消防科学与技术 2024, 43 (5): 663-666.

摘要（207）

随着储能用锂离子电池在新型储能中的占比大幅增加，锂离子电池安全问题引发的储能电站事故频发。为提高我国储能用锂离子电池的安全准入水平，应加强行业管理，实施合理的监管措施。阐述当前储能用锂离子电池产业发展、国外相关标准和监管模式现状，简要分析其他领域锂离子电池现行监管模式和储能用锂离子电池强制性标准的技术条款，给出后续开展强制性监管的合理建议。

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9. 基于气凝胶与相变材料夹层结构的电池热失控-热管理综合布置决策

丁永鑫, 马非, 赵军, 戴传山,

消防科学与技术 2024, 43 (5): 626-633.

摘要（1033）

为提高电池模组热失控抑制与热管理散热综合效果，本文设计了一种电池间添加相变材料（PCM）-气凝胶夹层结构的热管理系统并优化夹层的布置结构。结果表明，针对抑制热失控传播，纯气凝胶的布置效果最佳，相较于自然空冷，可使模组中最后一个电池触发热失控的时间延长，但电池热管理散热效果显著恶化；针对强化热管理散热，纯相变材料的布置效果最佳，相较于自然空冷，可使电池一个放电循环下的最高温度降低20 ℃以上，但其抑制热失控传播的效果明显弱于纯气凝胶；针对热失控-热管理综合效益，PCM-气凝胶-PCM布置形式具有更广泛的适用性，在保证电池热失控抑制效果的同时强化了电池正常工作时的散热，可实现整体效益的最大化。

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10. 燃料电池汽车车载氢系统潜在失效模式及原因分析

董文妍, 陈向阳, 杨子荣, 郝冬,

消防科学与技术 2024, 43 (5): 716-721.

摘要（707）

车载氢系统的安全性是燃料电池汽车（FCV）的核心技术指标之一，其安全性保障是实现FCV大规模商业化的重要前提。本文围绕车载氢系统的安全性，介绍了车载氢系统的组成，分析了车载氢系统及其零部件的失效模式及原因，总结了车载氢系统的失效后果，并探讨了现阶段在FCV消防安全方面亟需完善的内容。分析表明，车载氢系统的潜在失效模式及原因主要包括密封、振动疲劳、机械冲击、碰撞、快速充放氢疲劳、热损伤、控制系统功能失效等，失效的主要后果表现为氢气泄漏。对于氢气泄漏的危害分析应充分结合车辆所处的场景进行综合考量，在极端场景下，“氢气泄漏+密闭/半密闭空间+点火源”将引起火灾甚至爆炸，会严重威胁公众的生命财产安全。因此，建议从强化安全性设计和验证、提升氢泄漏监测和气源控制技术、开展失效致灾危害量化评价、加强火灾防控技术等多个方面，促进车载氢系统的安全性水平提升。

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11. 基于典型交通事故的燃料电池汽车储氢气瓶挤压试验研究

陈向阳, 张鹏, 黄书隆, 郝冬,

消防科学与技术 2024, 43 (5): 709-715.

摘要（847）

车载氢系统作为燃料电池汽车的核心子系统之一，在交通事故中，一旦承受较大的挤压力，可能导致关键零部件发生功能失效，进而引发氢气的大量泄漏，造成更严重的后果，对车载储氢气瓶进行耐挤压性测评是进一步完善燃料电池汽车安全评价体系的重要工作。建立了车载储氢气瓶的挤压测评方法，详细阐述了挤压测评方法4方面的内容，并进行了车载储氢气瓶的挤压试验验证，通过试验数据分析挤压对储氢气瓶的影响，定量评价分析储氢气瓶挤压之后的安全性，为车载氢系统安全评价提供参考。

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12. 锂离子电池热失控监测参数研究综述

王芳, 陈文涛, 马彪, 刘仕强,

消防科学与技术 2024, 43 (5): 590-596.

摘要（431）

锂离子电池因其能量密度高、自放电率低、循环寿命长、输出功率大等优点被广泛应用于储能领域，然而由于其不稳定性导致储能事故频发。从热失控-火灾蔓延角度出发，对热失控机理进行探究，基于产气成分及含量、膨胀力、表面温度、电压变化等热失控特征参数，对现有的磷酸铁锂体系电池早期预警（外部）方式进行综述，在此基础上，提出未来电池热失控早期预警（外置）的发展思路，为锂电池热失控早期监控及预警提供思路。

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13. 纤维素基水凝胶抑制磷酸铁锂电池火灾性能研究

张海文, 邢志祥, 吴洁, 路万征

消防科学与技术 2024, 43 (5): 667-673.

摘要（963）

近年来，锂离子电池火灾事故频发，且火灾事故的后果也极为严重，开发锂离子电池高效灭火剂成为研究的热点之一。本文采用高分子材料、交联剂与阻燃剂合成了一种纤维素基阻燃水凝胶，并与水按比例复配成水凝胶灭火剂，搭建锂离子电池灭火试验平台进行了灭火试验。灭火试验表明，与纯细水雾相比，该种水凝胶灭火剂能够更快速地降低电池表面的温度并有效扑灭明火，高温时，能够覆盖于电池表面，起到持续降温的作用，有效降低了第二温度峰的高度。且加入阻燃剂后能够进一步提高降温速率，对磷酸铁锂电池具有良好的灭火效果，可用于锂离子电池应急消防灭火工作中。

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14. 基于电池模块重构的储能电池异常两级诊断方法

王庭华, 吴静云, 何大瑞, 鄢博

消防科学与技术 2024, 43 (5): 674-679.

摘要（174）

准确监测储能电池衰减异常是保障电池储能系统安全运行的关键。采用可重构电池拓扑结构是未来电池储能系统的一大趋势，而现有的基于数据驱动的电池健康状态评估方法多关注算法层面的改进，难以利用这一结构的优势。针对这一问题，提出一种异常电池两级诊断方法：初级诊断采用通过全工况全寿命周期模拟数据集训练的最小二乘支持向量机分类模型，筛选出疑似异常电池模块；二级诊断采用一种基于残差连接和门控循环单元的健康状态估算模型，实现对储能电池健康状态的准确估计，并验证初级诊断结果。试验结果表明，提出的诊断方法在两个诊断环节上均具有较高的准确率，在可重构电池拓扑结构基础上实现了储能电池衰减异常的准确监测。

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15. 磷酸铁锂电池爆阀后热失控抑制策略及效果研究

陈书文, 刘凯, 宋振轩, 吕娜伟, 姜欣, 金阳

消防科学与技术 2024, 43 (5): 687-692.

摘要（308）

为了研究磷酸铁锂电池爆阀后热失控的抑制效果，搭建了热失控特性检测试验平台。首先对电池热失控喷气进行阶段划分，然后对比分析了不同时机切断供电对磷酸铁锂电池热失控现象特性、温度和可燃气浓度特性的影响。结果表明：磷酸铁锂电池安全阀爆开后，存在2次喷气，时间间隔为10 s左右。当安全阀打开时，伴随少量气体的喷发，立即切断供电，内部反应随之停止，阀口并未出现第2次喷气。在第2次喷气后，电池进入完全热失控状态，若立即切断供电，电池表面温度长时间持续升高，最高温度为93 ℃。在第2次喷气2 min后再断电，电池表面温度持续升高至200 ℃，相较于第2次喷气时断电，最高温度差为107 ℃，H2、CO的最大体积分数差为7.09×10-4、3.28×10-4。如果在安全阀开启瞬间不能立刻预警及干预，有效的预警应该在第1次喷气和第2次喷气之间动作，可以控制温度的上升和可燃气体的喷射，降低火灾爆炸风险。

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16. 基于可逆循环的电池变截面通道液冷仿真研究

欧繁, 李新, 蒋维, 李锦焙, 董镝

消防科学与技术 2024, 43 (5): 680-686.

摘要（203）

以280 Ah方形磷酸铁锂电池为研究对象，设计了符合大容量电池组产热特点的变截面对称型流道液冷板，建立了锂离子电池组液冷仿真模型，采用可逆循环的液冷冷却方式，研究了电池组在不同冷却方式下的冷却效果及冷却液入口温度、可逆循环的转向发生时间对电池组散热性能的影响。结果表明：变截面对称型流道有助于提高位于电池组中心位置电池的散热性能，平衡由于位置不同引起的温度不均匀性；液冷板内的冷却液采用双向可逆循环方式比仅有自然对流条件下的电池组表面最高温度降低了17.8 ℃；研究提出的液冷板结构中，冷却液入口温度主要影响电池组表面的最高温度，而可逆循环的转向时间主要影响电池组的温度均匀性。

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17. 针刺诱发电池热失控的研究进展综述

张磊, 刘彦辉, 叶从亮, 周钰鑫, 黄鑫炎,

消防科学与技术 2024, 43 (5): 597-604.

摘要（554）

针刺测试是研究锂离子电池热失效机理和热失控特性的重要方法之一。本文汇总了目前广泛采用的针刺测试设置，并研究了不同变量对热失控演化的影响，包括针刺的深度、速度、位置以及针的材料和直径等，对针刺破坏下锂离子电池内短路及热失控行为进行机理性探索与分析。结果发现，针刺的深度与电池热失控行为的严重程度成正比，针刺的速度对电池热失控没有明显影响，针刺发生在活性材料较密集或电极附近时电池热失控更严重。针的材料和直径对电池热失控行为具有双重影响，需要结合实际情况对产热和散热情况分别进行分析。最后通过总结不同因素对电池热失控的影响，对减缓锂离子电池热失控以及更新其安全测试程序提出了新的见解，为后续的创新型研究工作提供思路。

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18. 基于深度学习的氢喷射火事故后果预测方法

何旭, 孔得朋, 杨国栋, 于溪芮

消防科学与技术 2024, 43 (5): 704-708.

摘要（380）

加氢站作为氢能应用产业最重要的配套基础设施之一，其中存在的大量高压氢气伴随着泄漏风险。高压氢气一旦泄漏，极易形成喷射火，对加氢站内构筑物及人员生命财产安全造成严重威胁。为了实现氢喷射火事故后果的快速准确预测，提出了基于神经网络的代理模型事故后果预测方法，相较于传统数值仿真方法具有显著的时效性优势。该方法构建了一种基于生成对抗网络和长短期记忆神经网络的混合代理模型，使用数值仿真生成的训练样本对代理模型进行训练，完成训练的代理模型能够预测加氢站高压氢气泄漏产生喷射火事故后的温度分布情况。使用模糊C均值聚类方法和结构相似度指标定量分析了代理模型预测结果的准确度，结果表明氢喷射火后果预测代理模型能够在保证可接受预测精度的前提下，极大地提高后果预测效率，实现了加氢站氢喷射火后果的时空快速预测。

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19. 锂离子电池热失控行为及火灾危险性研究综述

周志钻, 王博轩, 宋露露, 杨立中

消防科学与技术 2024, 43 (5): 605-612.

摘要（457）

锂离子电池作为一种高效清洁的储能载体，因其能量密度高、自放电低、充电快、循环寿命长等优点在实现碳中和目标中发挥着重要的作用。然而，由于锂离子电池材料的活泼性和电解液的可燃性，其在滥用条件下极易发生热失控，大量热量和可燃气体的产生会进一步造成火灾甚至爆炸事故。锂离子电池潜在的安全问题和高火灾风险在一定程度上限制了其在新能源汽车和电化学储能系统中的大规模应用。本文针对锂离子电池的热失控及火灾问题，梳理了热诱发下锂离子电池热失控行为特性的相关研究现状，总结了从锂离子电池内部材料的反应特性到锂离子电池单体的热失控行为，再到电池模组的热失控演变特征的研究进展，进而分析了锂离子电池热失控及其传播的抑制技术，并给出研究建议及展望。

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20. 基于物理信息深度学习的氢气泄漏扩散预测

张新琪, 师吉浩, 陈国明

消防科学与技术 2024, 43 (5): 698-703.

摘要（300）

氢气易燃易爆易扩散，一旦发生泄漏，极易引发火灾事故，氢气泄漏扩散预测对氢能火灾防控至关重要。为了实时准确预测氢气泄漏扩散后果，提出基于物理信息深度学习的氢气泄漏扩散预测模型，通过图神经网络学习监测数据之间的依赖特性，进一步在图节点直接求解氢气射流扩散的物理微分方程，计算残差约束图神经网络深度学习的参数优化过程，根据稀疏浓度监测数据实现扩散浓度和速度的秒级预测。通过公开试验数据对比研究了所提模型性能，结果表明，与现有方法相比，该模型不仅具有秒级预测能力，而且能够更准确地模拟氢气泄漏扩散浓度和速度，可为氢气泄漏火灾防控提供实时参考信息。

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