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。     

热激源下LFP锂离子电池的热失控特性研究

电动汽车用动力电池系统单一电芯热失控后经扩展导致燃烧是电动汽车灾害事故的主要发展链条之一,为进一步厘清锂离子电池热激源下的灾害表现行为,本文采用加热板直接加热的方式开展了热传导作用下方壳磷酸铁锂电池单体和模组的热失控实验研究,并采集和分析了热失控过程中的电池温度、电压及火灾动力学参数。实验结果表明,LFP单体在热传导作用下的热失控会产生大量白烟,但无明火出现,电芯防爆阀开启温度为250℃,热失控温度280℃,热失控最高温度600℃,LFP单体热失控存在电芯内部的热蔓延特征,热失控内传递时间约为1.5 min;LFP电池模组燃烧呈间歇喷射特征,且火焰传播速度逐步加快,模组最大热释放速率为260 kW,最大烟气生长速率为1.4 m²/s。LFP电池模组着火的点火能主要来自外部电压采样线因高热导致绝缘层失效后短路产生的电火花,且电芯连续热失控更易引发采样线短路,在动力电池系统设计时应尤其注意电压采集线路布置位置、绝缘层失效温度等关键参数。     

Thermal Model for Square Lithium-ion Battery Pack

首先通过最小二乘法对方形锂离子电池组中单体电池的比热容、流道材料的导热系数和自然冷却条件下的综合换热系数进行了估计;然后根据热边界层理论确定了强制冷却条件下电池冷却流道表面局部综合换热系数的计算式;最后根据电池组的结构特点和冷却方式,建立了电池组的一维瞬态传热模型.该模型能根据电池组当前的环境温度、运行负荷、冷却强度和初始荷电状态实时预测电池组中各单体电池的运行温度.在Arbin试验台架上测量了144V/8A·h方形锂离子电池组在不同运行工况下单体电池的温度分布,并与模型仿真结果进行了对比,结果表明模型仿真的最大误差不超过1℃,满足混合动力系统性能仿真和电池组管理策略优化的精度要求.     

一种高倍率充电液冷模组开发与设计

针对于纯电动力电池系统商用客车设计一种基于方形锂离子电池的电池液冷系统。通过对比模组底部冷却和侧面冷却模拟结果,说明大容量高倍率充放电模组实行侧面液冷的必要性。并针对于侧面液冷方案,设计了一款标准化液冷模组。侧面液冷模组综合考虑了电芯热膨胀,以及导致冷却效果不佳的冷板与电芯侧面接触等因素。     

电动汽车用锂离子电池组温度均匀性试验研究

以电动汽车用方形磷酸铁锂电池为研究对象,通过分析恒流放电过程中有/无高导热石墨片的电池单体表面以及电池模块不同位置间温差的变化情况,研究了高导热石墨片对提高锂离子电池温度均匀性的作用。试验结果表明,高导热石墨片作为强化传热措施,能够有效提高电池单体表面以及电池模块内部的热均匀性,进而提高电动汽车用动力电池热管理系统的性能。     

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...     

基于高比能21700圆形电芯的电池系统安全研究

热失控安全是当下高比能电池及长里程电动汽车产业化必须解决的核心命题。历经十年,江淮汽车基于小容量圆形电芯,研究了热失控发生机理,从电池系统安全设计与验证角度论述热失控防护方案与五层次验证方案,目标实现一颗电芯定向爆喷,模组不发生热扩散,电池包及整车不失火,形成了简称“蜂窝电池”的系统解决方案。基于加热法开展的大量热失控试验验证和市场应用的车辆安全大数据案例分析,实证了“蜂窝电池”热失控防护技术的有效性。     

三元电池将成为主流技术

正说到电动汽车,就不得不提特斯拉,那么,特斯拉所用的是什么电池?恐怕很多人就不清楚了。事实上,特斯拉所用的电池,跟早年的笔记本电脑电池是同一类型的,都是18650型锂离子电芯,即电池的直径为18mm,长度为65mm,圆柱体型的电池。只是,笔记本电脑电池只有6~12只电芯,而特斯拉的电芯数量超过7000只。     

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.     

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。     

电芯膨胀力叠加关系研究

随着新能源行业的兴起,高比能、低成本、高成组效率的模组设计已成为主流趋势。然而锂离子电池在充放电过程中会发生鼓胀,导致电芯循环寿命降低。且电芯到模组级别膨胀力呈增大趋势,过大的膨胀力会使模组端侧板发生破坏。文章基于电芯膨胀力叠加关系的研究,分别对单体电芯、2P1S、1P2S、3P1S、1P3S、4P1S、1P4S以及3P4S模组进行了测试,得出电芯串并联方式对模组膨胀力大小的影响可以忽略不计,且模组膨胀力的大小与电芯的个数呈对数函数的关系。通过预测不同成组方式模组膨胀力的大小,为安全模组设计提供指导意义。     

纯电动汽车电池热管理风冷与液冷

<正>锂离子电池包热管理的要求是根据锂离子电池发热机理,合理设计电池包结构,选择合适的热管理方式,合理设计热管理策略,保证电池包内各个单体电池工作在合理温度范围内的同时尽量维持包内各个电池及电池模块间的温度均匀性。     

车用锂离子动力电池均衡技术综述

得益于较高的能量密度、较长的循环寿命等优点,锂离子电池被广泛应用于电动汽车中作为动力电池。由于库仑效率高,锂离子电池无法实现"自我均衡"。如果没有适当的管理,锂离子电池失衡将不会随着时间的推移而自行矫正。因此,需要对电池电芯单体实施均衡以解决单体性能差异造成的不均衡。文章首先介绍了锂离子电池的荷电状态(SOC)不均衡的原因和分类,然后系统地介绍了当前锂离子电池SOC均衡技术的研究现状和主要均衡策略,为锂离子电池均衡技术的研究提供参考。     

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。     

锂离子动力电池包连接排缓冲设计

锂离子动力电池包工作温度范围较宽,其内部结构尤其是方壳电池之间连接排结构的固定约束程度高,几乎没有发生位移的空间,在冷热循环冲击中温度变化引起的热应力效应需要连接排自身消化。对此,分析了连接排热胀冷缩时的应力应变情况;在连接排中部设计缓冲部,利用缓冲部的升缩弯曲变化来降低连接排对连接极耳的作用力;分析了连接排缓冲部不同几何形状对电池极耳的作用力,推导出其变化规律。连接排缓冲设计能有效解决方壳电池包电芯之间连接排结构与电芯极耳强度的热应力问题,降低了由于连接排设计不合理而导致的电芯寿命降低甚至无法使用的风险。     

热管耦合风冷在锂离子电池热管理系统的应用

功率型锂离子电池具有功率密度高、充放电稳定性好、循环寿命长等特点，已广泛应用于电动汽车。随着功率输出的增加，发热的增加会显著影响电池性能，因此，电动汽车中锂离子电池的热管理非常重要。而基于热管的电池热管理系统具有结构紧凑、灵活、成本低、导热系数高等优点，本文讨论热管耦合风冷在锂离子电池热管理系统中的应用，来增强锂离子电池的热性能。     

锂离子电池冷板式散热技术研究综述

锂离子电池在充放电过程中会产生大量热量,若温度过高,可能会导致电池失效或发生安全问题。锂离子电池冷板式散热作为电池冷却系统重要技术之一,对保障电池安全至关重要。首先系统地分析了冷板式液冷设计的相关方法,并对不同方法优缺点进行了对比。当前,锂离子电池热管系统主流冷却方式仍是液体冷却,其具有更高的散热效率,随着电池能量密度的提高,未来电动汽车热管理系统的发展趋势可能朝向混合冷却、系统化设计和智能化管理的方向发展。     

基于正交模型灰色关联算法的高功率动力电池包冷却结构优化研究

针对液冷型动力电池包冷却结构多因素参数化研究,搭建电芯电-热耦合仿真模型,通过台架试验验证了电芯仿真计算的有效性。对显著影响液冷型电池包性能的冷却液流速、冷却液温度及冷管宽度和高度4个关键参数进行四因素四水平正交试验计算,基于正交模型的模糊灰色关联分析法探究四因素对电池模组最高温度和最大温差的影响权重。结果显示：对于电池模组最高温度,冷却液的温度对其影响最大,冷却液流速次之,冷却管道宽度影响最小;而对于电池模组最大温差,冷却液流速对其影响最大。通过结果分析得到优化组合方案,计算得到优化方案能使得电池组最高温度下降到32.8℃,最大温差控制在3.3℃内,冷却性能表现最佳。     

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。