基于相变材料的电池模组热失控传播过程研究

为研究电池热失控传播过程中的热量传递路线,建立了由一维电化学模型、内短路模型、三维传热模型和副反应模型相耦合而形成的电池组热失控模型,并用针刺实验进行了验证;提出了一种基于相变材料和液体冷却的电池模组热管理方案,并分析了它对电池模组热失控传播的抑制作用。结果表明:所提出的电池热管理方案可使电池模组各个电池发生热失控的时间间隔延长,各电池温度下降的速度加快,能很好地起到抑制电池模组热失控传播的作用。     

锂离子动力电池系统热失控检测原理及方案

锂离子电池的热失控问题一直是制约电动汽车发展的因素之一,因此需要及时对热失控电池进行预警,避免发生起火等车辆安全事故。动力电池热失控过程通常伴随有烟雾产生,可通过烟雾检测识别故障信号。文章首先汇总6种锂离子动力电池系统热失控检测原理及方案,并对不同方案的优劣进行对比,重点分析烟雾传感器的功能验证和市场情况,以期为提高锂离子电池的热失控检测提供指导。     

车用动力电池热防护与散热集成研究

针对车用动力电池组存在散热与热失控防护设计需求不一致的问题,提出了在电池组内交替安置隔热板与热管的集成热管理方案。利用Matlab/Simulink仿真软件以方形三元锂离子电池为对象建立电池组仿真模型,通过对比分析4种热管理方案在正常和热失控两种工况下的性能优劣,验证此集成系统散热和热防护性能的可靠性。结果表明,此集成系统热管理性能明显优于单一的热管冷却系统或热防护装置,不仅可以有效提高电池组散热能力,改善电池组内部温度分布均匀性,同时能够延缓热失控传播,提高电池组运行安全性。     

不同热管理方案下锂离子电池模组温度特性分析

针对锂离子动力电池在不同条件下电池模组温度变化及热失控传播特性不明晰的问题,提出了基于不同填充材料的电池热管理模拟方案。利用COMSOL Multiphysics软件,以18650电池为研究对象,建立锂离子电池模组热电耦合模型,分析不同填充材料下充放电倍率、液冷流量、液冷管排数对正常电池模组温度的影响;探究不同填充材料对电池模组热失控传播的影响;结合电池热失控试验数据验证模型准确性。结果表明,填充材料和管排数对电池正常模组温度影响较大;填充材料为石墨时最佳液冷管排数为8根;PCM材料能将对热失控传播时间控制在40~50 s/颗,相比于石墨具备明显优势。     

基于半固态锂电池热失控测试方法研究及验证

随着新能源汽车在中国的迅猛增长,半固态甚至全固态电池作为新一代锂离子电池的使用也日益普及。尽管液态锂离子电池已有安全检测标准,但新一代半固态电池尚缺乏此类规范。本文综合国内外现有标准中热失控测试要求,进行了细致的讨论分析,提出了适合于半固态甚至固态电池的热失控测试方法,并通过试验验证其适用性,旨在为国家标准修订提供数据支持和初步方案。     

电动汽车动力电池热失控故障诊断研究

基于电动汽车动力电池各类起火燃烧的故障现象，查找电动汽车在各种使用工况中产生动力电池热失控的诱因，结合动力电池结构特点与锂离子电池锂枝晶产生因素，针对各类引发动力电池热失控的诱因进行故障诊断分析，通过故障产生机理提出预防措施优化电动汽车使用方法，提出一套合理有效的电动汽车使用方案，推荐电动汽车柔和驾驶和安全驾驶，提高驾驶员和乘坐员的安全防患意识，减少或避免各类诱因引起动力电池热失控，提高电动汽车使用的安全性和可靠性。     

锂离子动力电池模组碰撞失效行为试验研究

随着新能源汽车的快速发展和普及推广,锂离子动力电池的安全性问题日益突出。文章基于电池系统国标检测项目和典型汽车碰撞工况,设计了锂离子电池模组在不同加载速度和不同方向下的挤压试验,分析了锂离子电池模组的复杂力-电特性和失效行为。结果表明:电池模组在低速和高速挤压试验过程中均出现内短路和热失控现象,高SOC电池模组相比于低SOC模组在发生热失控后更容易起火燃烧。高速冲击工况下电池模组发生内短路时的侵入量比低速工况时小,说明电池模组的损伤容限随着加载速度的提高而降低。电池模组在碰撞工况下的力学特性及安全性具有典型的方向性。电池模组X方向的抗冲击能力相比Y向和Z向更强,但因电池单体堆叠热量积聚使得模组热失控更严重。研究结果为模组耐撞性能提升和整车电池碰撞防护设计提供了重要参考依据。     

不同滥用条件下车用锂电池安全性实验研究

为提升电动汽车的使用安全性,揭示极端情况下三元锂电池热失控的发生机理与行为特点,对某一12 A·h车用三元锂电池进行过温、过充和内短路等3种不同滥用条件下的热失控实验,探索热失控过程中电池电压、温度等关键参数的变化,对比分析3种热失控行为的特点。结果表明,三元锂电池热失控有明显的触发演变过程;电压突然急剧升高又迅速急剧下降的异常变化可作为判断过充热失控是否发生的条件;过充热失控发生到电池剧烈燃烧之前存在一定的反应时间;相同条件下,过充热失控的剧烈程度和破坏程度要大于内短路和过温热失控。最后基于实验结果,提出改善车用三元锂电池在热、电、机械等滥用条件下安全的建议。     

动力电池热安全虚拟开发

围绕常规预防和应急管控两个维度,建立动力电池热安全虚拟评估方法。常规预防从电热水冷入手,通过CFD流场分析,优化电池包冷却系统性能,通过流固气多物理场耦合分析,对电池包进行温度场分析。针对电池包的使用工况,研究电池包内温度积聚和热量传递,优化电池包热管理控制策略,提升电池整包性能。应急管控基于能量流理念,关注热失控后电池包内的热量传递路径,实现电池热扩散虚拟分析,评估热扩散安全策略的有效性,优化热失控阻隔方案;评估热失控后系统的功能安全,提升电池包热扩散安全性。     

新能源汽车电池热失控事故防护研究

二氧化碳是造成温室效应的主要原因。而汽车燃料中含有碳元素,汽车尾部排气管会排放大量二氧化碳,所以燃油车的大量使用会在一定程度上加剧温室效应。随着全球环境恶化问题的日益凸显,新能源汽车研究和应用将成为未来汽车研发的主要方向。目前,市场上的新能源汽车主要依靠电池发电提供动力,这其中就面临着一个新问题——电池热失控。这种电池热失控可能引发汽车自然等安全事故,所以如何对新能源汽车电池热失控事故进行有效防护就成为研究重点。本文就从电池热现象的阐述出发,分析新能源汽车电池热失控事故,进而提出相关防护措施,以供参考。     

锂离子电池热失控仿真研究

本文以60Ah的NCM811软包锂离子电池为研究对象,采用数值模拟的方法研究了加热条件下锂离子电池的热失控行为.基于锂离子电池热失控的副反应机理以及热传导理论,建立单体电池绝热热失控模型,模型误差小于2％.设计相关试验测试单体电池热失控过程中的产气特性,以单体电池绝热热失控模型为基础,建立外部加热条件下的热失控模型,模...     

电动汽车防火安全策略研究

动力电池热失控是电动汽车安全事故的致命隐患,为了减少电池热失控而引发的一系列电动汽车自燃事故,文章对电动汽车自燃和电池热失控的机理进行分析,从电池包防火能力、电池热失控预警系统、整车非金属阻燃性能几个方面,来提升电动汽车的整车防火安全能力,并对电动汽车的防火安全提出了合理化建议。     

电池模组热扩散精准建模及高效仿真研究

电池系统热失控扩散仿真是电池系统研发过程中的重要环节,其结果能够为电池系统安全设计优化提供指导建议。因此,在满足系统模型精度的前提下,为大幅提高研发效率,非常有必要对热失控扩散的数学模型进行合理简化。本文采用“单体-模组”的研究思路,基于传统热失控试验和数值模拟的结果,构建了以归一性生热方程为核心的简化电池模组热失控扩散模型,研究模型准确性及计算效率。结果表明：简化模型的计算时间为37 min,而相同条件下传统模型的计算时间为90 min左右,在模型精度达到90%的前提下,计算时间缩短了约2/3,显著降低了计算成本。本文的研究对电池包级别的热扩散高效快速仿真提供技术参考。     

电动汽车用功率型锂离子电池的针刺安全特性研究

为揭示电动汽车用功率型锂离子电池的针刺安全特性，针对18650、21700功率型锂离子电池，通过搭建电池针刺特性试验平台，借助基于电池内、外电路电子流向的经典内短路模型，探究了不同荷电状态（SOC）、针刺速度、刺针直径以及电池尺寸等关联影响因子对电池针刺安全特性的影响。试验结果表明：荷电状态越高、针刺速度越快、刺针直径和电池尺寸越大时，电池针刺热失控的发生风险越高；当18650、21700功率型锂离子电池的荷电状态分别在40%、20%范围内时，电池具有较好的针刺安全性。     

材料稳定性对锂电池热失控影响

为了提高锂离子动力电池使用安全性,减少因电池热失控引发的电动汽车安全事故。文章建立了锂离子电池热失控模型,仿真分析材料热稳定性对热失控影响分析。当正极材料和电解液的分解温度较低时(170℃/200℃),不论传热系数为5W/m~2/K还是10W/m~2/K,电池均发生了热失控现象。而正极材料和电解液的分解温度较高时,均未出现热失控的现象。     

基于混合高斯-隐马尔可夫模型的动力电池实时热失控检测

随着电动汽车在我国的发展，动力电池的安全性能成为评价电动汽车综合产品力的重要指标，其中动力电池热失控的检测对乘车人员的安全至关重要。针对传统热失控检测方法在实际应用中难以准确做出判断的问题，从电池传感器直接观测的电压、电流、时间等参数中提取状态特征向量，使用混合高斯模型对特征进行最优化筛选。分别对动力电池不同的安全状态评估其混合概率分布，通过BW方法建立隐马尔可夫模型，利用维特比算法对当前观测序列计算相似概率来判断当前电池的健康状况。实验结果表明，隐马尔可夫模型对动力电池热失控的识别较常见时序检测方法更为准确，可以实现在无需电化学仪器检测的前提下达到初步热失控风险检测的目的，提升安全检测效率，降低检测成本。     

热辐射触发锂离子电池热失效行为及其射流热特性

实验研究了辐射加热器非接触式触发动力锂离子电池热失效过程中的温度特性、质量损失、产热行为变化等特性及其空间射流温度与热流分布特性。以50 Ah的Li(Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2) O₂电池为对象,基于锂离子电池燃烧实验平台进行。结果表明：电池热失控实验过程中发生了2次喷发现象,电池表面最高温度为489.2℃;最高温升速率为27.7 K·s^-1;最大质量损失速率为32.7 g·s^-1;电池本体总产热量为1.05 MJ;环境最高温度为705.3℃;烟气总释放热为6.56 MJ·m^-2;射流空间环境最高温度比电池表面最高温度高。这表明,高温高速的易燃气体会加剧热失控危害的风险。本结果有助于电池失效初期预警、热失控抑制、火灾风险控制。     

锂离子动力电池系统热失控扩展特性试验研究

锂离子动力电池系统热失控扩展是造成电动汽车火灾事故的主要原因之一,文章以由圆柱形锂离子电池构成的动力电池系统为试验对象,采用加热触发单个电芯热失控的方式,通过采集电芯和模组的电压、温度等特征参数,对电芯热失控及在模组和系统范围内热扩展特性进行分析与研究。试验结果表明,电芯热失控诱发热扩展过程较为短暂,约5 s引发第二节电芯热失控;热失控发生前,触发电芯的负极采样温度高于正极,且负极温变速率平稳;热失控发生后,受正极喷射火焰影响,与之直接串接模组存在更高风险,在热扩展中受影响最大。     

基于热平衡法的方壳电池电芯温度预测模型

据不完全统计，电动汽车大多在充电过程中发生自燃，如何在热失控前通过温度进行预警显得尤为重要。针对方形锂离子电池，构建了适用于嵌入式应用的电芯温度预测模型。通过试验精准测量电池各项热物性参数，对电池表面和电池卷芯分别进行热平衡分析，建立不同的能量守恒方程，对电池进行网格划分，进一步构建电池三维温度预测模型。仿真结果表明，热平衡模型不仅能够预测出电池每一部分的温度，而且预测的电芯温度误差不超过0.35 ℃，对快充条件下的电池温度预测有重要意义。     

电动汽车锂离子电池燃烧风险与控制

针对电动汽车上锂离子动力电池的化学能量释放出现电池燃烧和电解液泄漏,导致有毒气体、整车燃烧或爆炸的问题,介绍了该问题的市场现状、标准法规要求,同时分析了热失控和热失控扩展的机理,以及导致热失控的各种诱因,并进一步分析了从电池设计、整车开发、车辆使用到安防等环节的各种风险因数,以及对应的风险控制方案。