3--张书博-UL_9540A测试方法，开启电池储能系统热扩散风险评估的新通途_12页_2mb

UL9540A测试方法总结

核心内容

UL9540A测试方法是用于评估电池储能系统（BESS）中热扩散风险的重要工具。该方法通过不同级别的测试（电芯、模组、系统及安装级别）来全面分析热失控现象及其对系统安全的影响，为电池储能系统的安全设计和风险评估提供了新的路径。

主要观点

• UL9540A测试方法：提供了一种系统化的方法来评估热失控引发的热扩散风险，特别是在电池储能系统中。
• 热失控与热扩散：热失控可能引发气体释放和温度升高，而这些气体和温度的变化可能在相邻电芯或模组中引发进一步的热扩散，甚至导致火灾或爆炸。
• 多级测试的重要性：从电芯到模组再到系统及安装级别，不同层级的测试有助于全面理解热失控传播机制和潜在风险。

关键信息

电芯级别测试

• 测试目标：验证电芯在热失控时的反应，包括热失控方法的有效性、气体成分和泄压行为。
• 测试设备：
  • 280L压力罐
  • 可置换氮气或氩气
  • 观察窗
  • 最大加热温度为400°C
  • 最大压力为3MPa
  • 使用GC进行非连续气体分析
• 可分析的气体：H₂、O₂、N₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、C₃H₈、C₃H₆等。

泄压压力值的选择

• Δt的影响：从开始泄压到热失控的时间差（Δt）对测试结果有显著影响。
  • Δt过短可能导致泄压气体被电弧点燃，引发爆炸。
  • Δt过长可能导致泄压温度过低，加速热扩散。
• 关键因素：合理选择泄压时间差，以确保测试的安全性和有效性。

模组级别测试

• 测试目标：验证模组在电芯热失控后的热扩散现象，包括爆炸、爆燃、电弧等。
• 测试设备：
  • 安全泄压功能的安全房
  • 观察窗
  • 气体清洁功能
  • 连续测量HRR（热释放速率）和SRR（烟释放速率）
• 气体分析工具：
  • FTIR：用于分析CO、CO₂、CH₄、PH₃、HF等气体
  • 铂镍探头：用于检测H₂
  • FID：用于检测THC（总烃类）

系统及安装级别测试

• 测试目标：模拟实际安装条件，评估热失控对周围环境的影响，包括热流、烟雾、气体成分等。
• 测试条件：
  • 模拟墙壁
  • 电池热失控对周围环境的影响
  • 热流测量
  • 爆燃及爆炸现象
  • 复燃现象
• 测试内容：包括必要的消防措施和样品处理，以确保测试结果的全面性和实用性。

可燃气体爆燃风险

• 风险案例：2019年4月19日，美国亚利桑那州的公共服务公用事业公司（APS）发生连续热失控，由可燃气体引发爆炸，导致四名职业消防员受伤。
• 风险分析：可燃气体引发爆燃的可能性难以预测，需通过系统测试加以评估。

测试公式

• 公式：用于计算箱内泄压气体浓度（c）的公式为：
  $$
  \mathbf {c} = \mathbf {c} _ {0} \mathbf {V} (1 - \exp (- (\mathbf {q} + \mathbf {V}) t / M)) / (\mathbf {q} + \mathbf {V})
  $$
  其中：
  • c: 箱内泄压气体浓度（%）
  • $\mathbf{c}_{0}$: 初始泄压气体浓度（%）
  • V: 泄压气体体积（m³）
  • t: 时间（s）
  • M: 箱体内空间容积（m³）
  • q: 进风率（m³/s）

TÜV南德意志集团

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