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。     

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。     

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。     

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。     

均布模组式动力电池包热失控典型模式分析

根据广泛采用的均布模组式电池包结构,搭建均布模组热失控扩散试验平台,开展均布电池模组热失控扩散试验,分析均布模组热失控扩散行为特性和热流传递的规律。结合由电池包热失控引起电动汽车火灾事故真实案例和均布模组热失控扩散试验结果验证均布模组式电池包热失控的扩散模式。结果表明：均布模组式动力电池包热失控扩散模式包括模组内热失控扩散和模组间热失控扩散;首先发生热失控的模组1内热失控时间间隔分别为44、34、31 s,而受模组1的影响而发生热失控的模组2内热失控时间间隔明显缩短,分别为17、15、11 s,模组内热失控时间间隔越来越小,电池单体热失控释放的触发相邻电池单体热失控的热量随着热失控的扩展逐渐减小;模组间热失控扩展存在明显的时间间隔,通常达到若干分钟量级;电池单体在热滥用条件下的起始温度可分为热失控触发温度和热失控环境触发温度,模组间的壁面热辐射和空气热传导增大了相邻模组内的热失控扩散速度,壁面热辐射传递的热量最高可达95.18 kJ,空气热传导传递的热量最高为3.58 kJ,模组间热量的主要传递方式为壁面热辐射。为阻隔模组内热失控扩散,应加强模组间热失控扩散的防护措施。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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。     

A Research on the Affecting Factors of Thermal Safety in Lithium-ion Power Battery

根据锂离子电池的结构和热传导理论,建立了锂离子电池的三维稳态温度场的计算模型,分析了影响锂离子电池热安全性的主要因素.在此基础上,建立了某型号锂离子电池的有限元模型,并计算了不同放电倍率和不同对流系数下的电池三维温度场分布,为电池组温度场分析及其冷却系统设计奠定基础.     

电动汽车用磷酸铁锂电池针刺热失控试验研究

为揭示锂电池内短路引发热失控的热响应和电行为特征,对单体磷酸铁锂电池及其并联连接电池模组进行针刺试验,观测被刺电池端电压、表面温度、反充电流的变化规律和试验特征,并利用电池单个电极针刺内短路模型以及等效内外短路电路模型解释电池内外短路电阻、端电压和反充电流间的相互关系。研究表明:被刺电池端电压出现突降-上升的主要原因是受随机性接触界面、高温等因素影响的内短路阻值的突降和升高;若电池正极柱处温度急剧升高,反充电流瞬间达到峰值,则表明电池发生外短路;电池是否出现热失控取决于电池内短路阻值和反充电流。     

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。     

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。     

单束热管的电池热管理模组低温预热特性研究

为改善低温环境下锂离子动力电池性能,本文提出一种基于单束热管的动力电池热管理低温预热模组结构。在对单体电池进行产热模型试验验证的基础上,采用数值计算的方法,研究热管蒸发段预热方式、加热液体的入口温度和环境温度对模组内电池的升温特性影响。     

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。     

汽车动力电池系统防爆阀的选型与理论计算

电动汽车频繁发生的起火爆炸现象一般是由锂电池系统内部的热失控现象导致的,其危害较为严重,应当引起汽车电池制造商的高度重视.安装防爆阀是一项行之有效的抑制热失控和热扩散现象的被动防御措施.防爆阀的核心作用是在电池系统内部发生热失控后能快速地将电池包内部的有毒可燃气体排到外部环境中,降低电池包内部的压力,从而防止电池包爆破...     

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。     

一种纯电动汽车用热失稳安全试验方法开发

为确保电池单体内短路后无热失控,通过模组试验方法开发逐步实现接近真实状态下的密闭环境热失稳安全性。通过采取加热丝缠绕在某一单体电池加热方式使电池温度上升,加热丝两端分别通过导线与外接电源正负极相连,中间通过开关控制闭合。该单体布置于模块中间位置,周围相邻六只单体分别布置温感,模组装配焊接。闭合继电器加热电池单体,温感连接至多路温度巡检仪监控试验过程中监控温度变化,当加热至电池单体发生失效后断开加热回路,持续观察电池温度变化及周围相邻电池是否发生失效等反应。