In this study, 19 experiments were conducted with 25 pouch cells of NMC cathode to investigate thermal runaway and the release of gases from lithium-ion batteries (LIBs). Single cells, double cells, and a four-cell battery stack were forced to undergo thermal runaway inside an air-tight reactor vessel with a volume of 100 dm3. The study involved two series of tests with two types of ignition sources. In the Series 1 tests, a heating plug was used to initiate thermal runaway in LIBs in the ranges of 80–89% and 90–100% SOC. In the Series 2 tests, a heating plate was used to trigger thermal runaway in LIBs in the ranges of 30–50%, 80–89%, and 90–100% SOC. Thermal runaway started at an onset temperature of 344 ± 5 K and 345 K for the Series 1 tests and from 393 ± 36 K to 487 ± 10 K for the Series 2 tests. Peak reaction temperatures ranged between 642 K and 1184 K, while the maximum pressures observed were between 1.2 bar and 7.28 bar. Thermal runaway induced explosion of the cells and lead to a rate of temperature increase greater than 10 K/s. The amounts of gases released from the LIBs were calculated from pressures and temperatures measured in the reactor. Then, the gas composition was analyzed using a Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer. The highest gaseous production was achieved at a range of 90–100% SOC and higher battery capacities 72 L, 1.8 L/Ah (Series 1, battery stack) and 103 L, 3.2 L/Ah (Series 2, 32 Ah cell)). Among the gases analyzed, the concentration of gaseous emissions such as C2H4, CH4, and C2H6 increased at a higher cell capacity in both series of tests. The study results revealed characteristic variations of thermal behavior with respect to the type of ignition source used.
1 Einleitung Bei der Bewertung der erforderlichen Brandschutzmaßnahmen für Industriebauten geht als ein Faktor das Abbrandverhalten vorhandener Materialien ein. So erfolgt die Bemessung der Feuerwiderstandsdauer tragender und aussteifender Bauteile von Industriebauten auf Basis der im Gebäude vorhandenen Brandlasten. Namentlich wird das Abbrandverhalten derzeit in Deutschland mittels Abbrandfaktor m bewertet. Er ist als dimensionsloser Beiwert definiert, der das Brandverhalten der Brandlast Q hinsichtlich Form, Verteilung, Kontur, Lagerungsdichte und Feuchte beurteilt [1]. Nähere Erläuterungen zum Abbrandfaktor finden sich in [2]. Hier werden das Verfahren seiner experimentellen Ermittlung und die dafür geschaffene Versuchseinrichtung, der "m-Faktor-Ofen", beschrieben. Zahlenwerte des Abbrandfaktors sind in [3] tabelliert. 2 m-Faktor-Ofen und Vergleichselement Bild 1 zeigt den m-Faktor-Ofen mit integriertem Vergleichselement gemäß [2]. Weitere Zeichnungen sowie Fotografien enthalten bspw. [2, 4]. Die inneren Abmessungen des Brandraums betragen 2 m × 2 m × 2 m [2]. Als Stahlkonstruktion mit Schamottemauerwerk verfügt er über sehr hohe Wärmedämmeigenschaften [5]. Im unteren Drittel der Seitenwände befinden sich vier Zuluftöffnungen; das Abgas wird an der Rücksei-te des Ofens abgeführt. Mit einem konstanten Zuluftstrom von 500 m 3 /h wird ein 60-facher Luftwechsel festgelegt [2]. Bei einem Sauerstoffanteil unter 3 % darf der Zuluftstrom auf 1 500 m 3 /h erhöht werden. Liegt der Sauerstoffanteil länger als 2 min unterhalb von 3 %, ist der Versuch zu verwerfen. In der Folge ist das zeitweise Auftreten ventilationsgesteuerter Brände wahrscheinlich. Dies ist insofern von Bedeutung, als dass hieraus eine Reduzierung des Abbrands resultiert und damit in der Tendenz kleinere Abbrandfaktoren zu erwarten sind. Zur kontinuierlichen Massenverlustbestimmung ist der Versuchsraum mit einer Waage ausgestattet. Fünf deckennah angeordnete Thermoelemente ermöglichen die Temperaturbestimmung im Brandraum. Die Zündquelle ist lediglich in der Hinsicht definiert, dass sie eine max. Temperaturerhöhung von 5 K im Vergleichselement er-Vor dem Hintergrund der Zurückziehung der DIN 18230 Teil 2 zur Bestimmung des m-Faktors von Materialien für die Brandlastbewertung im Industriebau müssen neue Wege gefunden werden, wie das Abbrandverhalten alternativ quantifiziert werden kann. Der Beitrag fasst die Entstehung und die Entwicklung der Bestimmungsweise von Abbrandfaktoren zusammen und gibt Ausblick auf eine neue Möglichkeit zur Bewertung von Brandlasten, die Verbrennungseffizienz. Structural fire protection in industrial buildings -development of the m-factor and new aspect of the combustion efficiencyIn consequence of the withdrawal of DIN 18230 part 2 describing the determination of m-factors for the weighting of fire loads in industrial buildings, alternatives must be found to quantify the combustion behavior of materials. The contribution describes the development of the m-factor and refers to another possibility for rating fire loads, the co...
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