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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

车用锂离子电池热管理研究进展

为寻找合适的电池热管理系统对电池进行温度控制,降低车用锂离子电池热失控风险,基于文献挖掘,在明确了锂离子电池热管理研究出发点的基础上,对目前锂离子电池热管理技术进行综述。阐述了车用电池空冷、液冷、热管冷却、相变冷却和复合冷却方式研究现状和进展,总结了不同冷却方式的优缺点,进而提出动力锂离子电池热管理技术未来的发展方向。空气冷却和液体冷却技术虽使用较多,但控温效果较差;热管冷却和相变冷却技术虽控温效果较好,但结构复杂,成本较高。复合冷却技术将主动冷却与被动冷却结合,有效降低峰值温度的同时也提高了电池包温度的一致性,可满足不同工况的需求,应用前景较好。     

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。     

车载锂离子电池热事故原因分析及设计对策

针对车载锂离子动力电池组的特点和使用工况,对单体电池的热失控机理及车载锂离子动力电池组发生燃烧或爆炸等热事故的外在原因包进行分析与研究;最后,站到整车设计企业的视角,从电池箱的结构设计、电池组的热设计、BMS优化设计、整车匹配性设计及加强元器件及原材料的选型等方面提出避免电池组燃烧或爆炸的设计对策。     

动力电池热模型研究现状

对于没有散热结构的锂离子电池组,在充放电过程中产生大量的热,会造成部分电池温度过高。在高温条件下,电池的温度上升得更快,严重影响电池的容量、性能以及使用寿命,甚至会导致安全事故发生。所以需要通过优化散热结构,采用适合的方式对锂离子电池组进行热管理,以保证电池组的工作温度在正常范围。文章主要对锂离子动力电池热状态研究现状进行阐述,并就锂离子动力电池热管理系统要求进行分析。建议以后锂离子电池热状态研究可以将研究重心放在多种维度模型结合,得到在各种条件下的最佳组合方式。     

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。     

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。     

三元锂离子动力电池针刺热失控实验与建模

针对纯电动汽车锂离子动力电池存在的一个潜在安全问题,即热失控现象,本文中对某三元锂离子动力电池最为剧烈的一种热失控,即针刺热失控的过程进行研究。通过混合脉冲能力特性实验、热箱加热热失控实验和基于已有模型,搭建了描述针刺热失控过程的集总参数模型,并进行了实验。针刺模型的预测结果得到了针刺实验的证实,这为后续的研究和系统开发奠定了基础。     

锂离子电池安全检测传感器研究进展

近年来, 由于热失控引发的锂离子电池安全事故频繁发生, 严重影响了新能源汽车运行安全, 作为保障车辆运行安全的有效手段, 对电池系统进行安全检测尤为重要。为提高锂离子电池的性能、延长循环寿命, 减少热失控安全事故的发生, 需要利用传感器技术对电池工作状态进行实时监控和检测。根据电池正常和异常工作状态下各物理量的变化, 常用的安全检测信号有应力应变、温度以及特征气体等。目前, 用于检测上述信号的安全检测传感器在电池状态检测方面已得到了广泛的应用。然而, 传统的传感器存在着体积大、灵敏度低、不耐电解液腐蚀等问题。对新型光纤布拉格光栅传感器、柔性薄膜传感器以及半导体式气体传感器的工作原理进行概述, 总结了上述3种传感器在锂离子电池应力应变、温度和气体检测的应用现状, 并从稳定性以及灵敏度等角度指出当前研究的不足, 如光纤布拉格光栅传感器电池体系适用性差, 插入式薄膜传感器影响电池性能, 半导体气体传感器精度和寿命低等问题。如何以经济、安全和实用的方式将传感器安装到电芯中, 减轻实际应用中传感器对电池循环性能的影响以及提高传感器信号传递的稳定性、精度、灵敏度, 是锂离子电池安全传感器开发面临的挑战, 仍然需要在传感器、电池设计等方面开展大量实验研究。      

锂离子电池单体热模型研究动态

本文中阐述了锂离子单体电池热模型的基本理论,介绍了国内外目前关于锂离子电池热模型的研究动态;将模型分为均一化参数模型和分布化参数模型,并对其基本理论和方法进行了分析和归纳;指出了现有锂离子电池热模型的不足和未来的发展趋势;最后讨论了不同类型模型对锂离子电池单体设计和热管理等方面的指导意义.     

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。     

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。     

电动汽车用锂离子电池生热速率模型

首先在考虑锂离子电池极片中反应电流密度、活性物质浓度等参数空间差异的前提下,建立了电池热生成速率的数学模型。然后基于模型对锂离子电池在不同充放电电流和荷电状态(SOC)下的生热速率进行了仿真。结果表明:可逆热与非可逆热的生成速率均随充放电电流的增大而增大;SOC的变化主要影响可逆热的生成速率,对非可逆热的生成速率则无显著影响;锂离子电池在相同SOC和电流下进行充放电时,非可逆热的生成速率基本相等且均表现为放热,可逆热的生成速率也基本相同但分别表现为吸热和放热。最后在Arbin台架上测量了锂离子电池以不同电流进行恒流充电、恒流放电和循环交替充放电时电池温度的瞬变过程,并与相应工况下电池温度的仿真结果进行了对比。结果表明:所建立的生热速率模型能合理模拟锂离子电池温度的动态变化;锂离子电池持续进行充放电时可逆热对电池的温度变化有较大影响,尤其在电池充放电电流较小时更为明显,但锂离子电池在某一SOC附近交替充放电时可逆热对电池的温度变化则无明显影响。     

三元锂离子动力电池过充行为特性实验研究

本文中以电动车用额定容量为30 A·h的三元软包LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2(NCM622)锂离子动力电池单体为研究对象,研究其在不同充电倍率条件下的行为特性。结果表明,锂离子电池过充过程可分为4个阶段;电池表面最高温度位置不是固定不变的;在大部分测试时间内,最大温差(MTD)都小于1℃;充电倍率对锂离子电池过充行为特性影响较大,随着充电倍率的增加,热失控最高温度和峰值电压升高,而过充测试时间和测试结束时的荷电状态(SOC)随着充电倍率的升高而降低。本研究为富镍锂离子动力电池的安全性设计和电池管理系统(BMS)对过充故障的安全管理提供了参考。     

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。