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。     

基于电化学热耦合模型的锂离子电池快充控制

现有的锂离子电池电化学机理模型，在快充控制过程中未考虑产热与化学反应之间的耦合关系，导致模型无法准确地描述电池内部的反应和状态。为进一步提高模型的预测能力，须在等温模型的基础上耦合产热模型，为此本文提出一种基于电化学热耦合的快充控制模型。首先将电化学热耦合模型参数进行分类，分析各种参数获取方式并进行精确测量和参数辨识。模型建立后，对模型精度进行验证的结果表明：在不同温度下，模型输出的端电压、负极电位和温度结果都达到了较高精度，说明模型适用于宽温度区间内的快充仿真。同时对模型中反应速率常数和环境温度参数进行了敏感性分析。之后，结合PID控制器对模型进行快充控制仿真，通过负极电位估计值实时调节并优化充电电流，实现了电池在宽温度区间内的无析锂快充电流仿真。最后，模型仿真结果与恒流充电对比验证表明，所提出的快充策略能使电池快速充电，同时避免析锂副反应的发生。     

三元锂电池包的安全新解

挑战针刺不起火一根钢针检验了三元锂电池包的安全新答案。近日,广汽埃安正式发布弹匣电池系统安全技术(简称“弹匣电池”),宣告在行业内首次实现了三元锂电池整包针刺不起火。发布当日,广汽埃安用视频全面展现了试验过程。热事故信号发出5分钟后,电池包仅有短暂冒烟、无起火和爆炸现象。静置48小时后,电压降至0V,温度恢复至室温……在中国汽车技术研究中心首席专家、国家电池安全标准起草人之一刘仕强带领团队进行的针刺热扩散试验中,弹匣电池整包针刺后只有被刺电芯模块热失控,没有蔓延到其他电芯。打开电池整包内部结构完好。     

车用镍钴锰三元锂离子电池过放电后的性能实验研究CSCD

锂电池过放电后会诱发内短路,短路电池单体搁置过程中会存在一定的自修复现象。为了对电池过放电的特性进行进一步的研究,以获得过放电电池的电特性,本文以过放电后的镍钴锰(Li-NiCoMnO_2,NCM)三元锂电池单体为研究对象,过放电后搁置100 d,再对电池进行20次循环充放电试验和静置试验。实验结果表明,搁置过程中电池单体的容量有衰减;无论过放至何种程度,过放电后的NCM锂电池单体在搁置100 d的前后对比中,内短路程度降低,内短路阻值变大,漏电流变小。搁置后的循环寿命实验表明,过放电程度越大的电池单体衰减速率越快。这些过放电后电池单体的性能变化规律有助于更深入地了解锂离子电池单体的特性,同时,也有助于电池短路电阻辨识算法的验证。     

基于容量增量曲线与充电容量差的电池组微短路诊断方法

目前还没有一种有效的手段针对处于前期演化阶段的锂离子电池微短路进行检测，为此本文提出了一种基于电池充电容量增量（IC）曲线和充电容量差（DCC）变化规律的微短路故障诊断方法。首先确立锂电池短路故障与充电容量增量的关系，利用小波变换对IC曲线进行降噪，得出在不同电流倍率和温度下IC曲线最高峰（ICPV）与电池荷电状态（SOC）唯一对应。然后提出利用充电容量差DCC描述存在内短路的故障电池与正常电池的SOC差异，并据此得出锂电池微短路的量化方法。最后通过仿真分析与实验验证表明，在不同工况下循环测试均可获得电池微短路的量化信息，且诊断最大误差均小于8.12%。     

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。     

大容量锂电池模组过充热失控分析

为提高动力电池的安全性,降低热失控的风险,以某款标称容量为166Ah的大容量锂电池模组作为研究对象,在常温25℃试验环境下,利用充放电测试系统以1/5C恒流对电池模组进行过充电热失控试验,研究其过充电热失控的反应特点和行为特性。结果表明：在常温25℃试验环境下,该电池模组充电至154%SOC,发生热失控行为。过充热失控反应存在明显的演变过程,热失控发生前电芯一致性变差,内部电压的下降时间超前于模组的热失控异常升温时间,对热失控进行预警。     

一种适用于低温环境的锂离子动力电池充电方法

采用电池的一阶RC等效电路模型对低温充电过程进行分析,提出一种适用于低温条件的锂离子电池多阶段恒流充电方法。以三元聚合物锂离子电池和磷酸铁锂电池作为对象,分别在0℃和-10℃条件下进行常规恒流-恒压与多阶段恒流充电方法的测试与对比分析。试验结果显示,与常规恒流-恒压充电方法相比,采用多阶段恒流充电方法,0℃和-10℃条件下,两种电池的充电时间明显缩短,充入电量显著提高。     

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。     

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。     

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。     

电池管理系统里的电池健康评估和寿命预测

本文对锂离子电池的应用特性进行了总结,分析了电压、电流、温度三大参数对锂离子电池健康和寿命的影响,尤其是充电截止电压,化成电流和高温情况对电池容量的影响。以不同材料之间的比较试验为基础,重点分析了高充电截止电压,充电电流和高温对材料稳定结构的破坏,从而引发电池循环寿命降低的原理。最后基于电池使用中放电电流和环境温度应力为参数,进行了基于电压、电流、温度的锂离子电池循环寿命预计模型研究,得到锂离子电池循环寿命预计基础模型,为混合动力汽车锂电池3参数与寿命关联模型构建提供了重要的研究基础。     

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。     

考虑温度影响和滞回效应的锂电池特性建模

为提高锂电池建模精度,对滞回电压引起的SOC估计误差进行分析,表明锂电池建模不可忽略滞回效应的影响。通过对不同温度下滞回电压变化规律和影响锂电池动态特性的内部电化学过程的分析,提出锂电池等效滞回模型。利用不同温度下小倍率恒流充放电实验和城市道路循环工况分别对电池模型开路电压和阻抗参数进行辨析。最后将模型输出端电压和SOC估计值与实验值进行对比,结果表明在锂电池建模时考虑滞回效应的影响可将模型精度提高一倍。     

基于降低极化电压磷酸铁锂电池充电方法研究

以优化锂电池充电极化电压,提高充电效率为目标,研究了电池充电极化电压与SOC的关系、停歇与极化电压降的关系、放电幅值与极化电压降的关系。研究结果表明:在充电初期与充电快完成阶段,极化电压变化极大;停歇与放电能有效地降低极化电压,停歇的时间越长,极化电压降低得越多;放电幅值越大,极化电压降越大。在此基础上,以降低极化电压作为电池充电性能的评价指标,提出了基于降低极化电压的优化充电方法,并与恒流充电方法和变电流间歇充电方法的充电性能进行了对比分析。试验结果表明,提出的方法在充电效率上高于恒流充电与变电流间歇充电2到3倍,大大缩短了充电时间,充电效率达到了95.36%。     

蓄电池极板短路原因及急救方法

蓄电池极板短路．通常先发生在一两个单格电池内，主要征兆：大电流放电时，电压突然下降；放置时该单格电解液比重和电压要比其它几格低,充电时该单格电压和比重增加不大，但温度升高很快，充电终了气泡很少或根本没有气泡。     

蜂巢式液冷电池模块传热特性的试验研究

为4 A·h的21700型锂离子电池研发了蜂巢式液冷电池模块,并通过搭建的试验平台测定其充/放电过程的传热特性。结果表明:在25℃环境温度下,0.5C恒流恒压充电和1C恒流放电过程中,电池模块的最大温差均被控制在2℃以内;40℃环境温度下,1C恒流放电过程中,当冷却液流量大于1 L/min时电池模块的最大温差能保持在所要求的5℃以内。说明蜂巢式液冷电池模块冷却性能优良,可为未来电池热管理方案的设计提供技术支撑。     

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。     

基于卡尔曼滤波和特征指数化的电动汽车电池故障诊断方法研究

针对电池组内的热失控、内短路等故障问题，提出了一种基于卡尔曼滤波和特征指数化的电池故障在线诊断方法。首先基于历史数据和卡尔曼滤波方法对电压数据进行降噪，可有效去除异常点，并提出一种特征指数化方法以提取和放大电池组单体之间的电压特征。最后，为了减少电池组不一致性导致的单体电池故障误报，提出一种基于余弦相似度的故障值计算方法以提高算法诊断精确度，并实现故障电池的在线自动检测和定位。云端车辆数据验证结果表明，所提出的基于卡尔曼滤波和特征指数化的电池故障诊断算法能够有效地检测故障电池并进行预警。     

基于BP-EKF算法的电池SOC估计

介绍了几种常用的电池等效模型,通过试验选择了适用于磷酸铁锂电池的Thevenin模型并辨识了模型参数;分析了EKF算法和BP神经网络原理,提出了BP-EKF算法,使用BP神经网络的自学习能力和逼近能力,优化和补偿EKF算法的非线性误差,同时降低了等效模型的精度要求;使用UDDS电流模拟汽车行驶电流设计了仿真试验,同时使用BP-EKF算法和EKF算法对数据进行处理,结果表明,当SOC初值误差较大时,BP-EKF算法可在300 s内接近理论值,且其收敛精度比EKF算法提高了70%以上。