基于正交试验的锂离子电池热失控仿真北大核心CSCD

锂离子电池热失控是由多种因素耦合而导致的结果,得到影响锂离子电池热失控影响因素的重要性程度对于提高电池安全性具有极大意义。对此,针对针刺导致的锂离子电池热失控,利用COMSOL软件仿真分析了不同针刺位置、速度、直径、SOC(state of charge)对锂离子电池单体针刺热失控影响,得到对单体电池热失控影响的重要因素。基于单体针刺热失控仿真结果,以4个锂离子电池单体组成的模组为研究对象,利用单因素仿真试验分析不同钢针直径R、电池SOC以及针刺电池个数N对电池模组热扩散影响;基于此,本文分析了针刺电池个数N、钢针直径R及电池SOC耦合作用热失控的正交试验。结果表明:相对于针刺位置、针刺速度对电池单体热失控影响,电池SOC和针刺直径R对电池单体热失控影响较为显著,且针刺直径R越小,单体电池热失控越剧烈;电池SOC越大,热失控时电池温度分布越不均匀;针刺直径R越大,模组热扩散需要时间越长;当SOC在100%~85%范围内时,模组内各电池单体的热失控最高温度变化较为明显;针刺电池个数N越大,模组热失控越剧烈,但位于模组中间位置的电池热失控最高温度有所降低。针刺电池个数N、SOC、针刺直径R对电池模组热失控温度和扩散时间的影响程度主次顺序为:N>R>SOC*R>SOC*N>N*R>SOC,其中,针刺电池个数N对电池模组热扩散影响最显著,且不同因素间的交互作用不容忽视。本工作为提高电池的安全性及电池设计提供了参考依据。     

磷酸铁锂离子电池模组热失控气体扩散仿真

为研究磷酸铁锂离子电池在泄压阀打开之后,释放的气体在模组中扩散行为,本文基于实际100％SOC磷酸铁锂离子电池模组尺寸建立1:1几何模型,模拟电池模组内部电池发生热失控、泄压阀打开及释放气体的扩散行为;通过FDS软件对其进行仿真研究,分析磷酸铁锂离子电池在热失控时释放H2、CO、CH4和CO2气体的扩散规律.研究结果表...     

锂离子电池模组热失控传播的结构因素影响分析

为优化锂离子电池模组的结构设计,通过热失控数值分析,结合COMSOL MULTIPHYSICS软件搭建了圆柱电池模组的三维热失控传播模型,研究不同排列结构和电池间隙下的热失控传播特性。结果表明：插排结构能有效降低热失控传播速率;增加模组中电池间隙,电池的热失控触发时间后移;在模组热失控后期,扩散速率加快。     

A review on thermal management techniques for lithium-ion battery

随着新能源汽车的广泛使用,动力锂离子电池的热安全性问题日益突出。本文以Bernardi生热机理为基础,耦合不同物理量,分别从电化学-热耦合模型、电-热耦合模型和热滥用模型来介绍单体电池的热特性。由于电池能量密度的增加与行驶工况复杂程度的提高,动力锂离子电池容易发生热量堆积,甚至造成热失控,对此,文中梳理了商用动力电池包的常用冷却方式。最后,根据对影响电池模组安全性的热失控蔓延机理及实测结果,介绍了阻断单体及基本模块热失控传播的有效方法。     

基于锂离子电池热失控模型的电热耦合滥用条件分析

由锂离子电池热失控引发的各类安全问题是目前电动汽车和大规模储能电站继续推广的一大瓶颈.电、热滥用是引发电池热失控的关键原因,研究锂离子电池的热失控现象对保证锂离子电池安全运行意义重大.基于锂离子电池热失控模型,系统研究了充电倍率、环境温度和散热条件等因素对锂离子电池热失控过程中电、热响应特性的影响.结果表明,相较于常温下的过充热失控过程,在过充-过热耦合作用下,电池热失控SOC会有所降低,当处于极端高温环境时,热失控在电池未充满阶段即可发生.在过热及低表面换热环境下,充电倍率对电池热失控SOC影响不大;在过热及自然对流环境下,随着充电倍率增加,电池热失控SOC提高,热失控时间提前.本研究为可靠的电池安全预警技术开发提供了支持.     

储能锂电池模组温度场数值计算与散热系统优化设计

储能电池热失控是引发储能电站事故的主要因素之一,储能电池的热管理对电池使用效率、寿命以及运行安全具有重要意义。本文设计了以60系列大圆柱电池单体为基本单元、额定电量为11.52 kWh的储能电池模组,基于有限元方法建立了电池模组热流耦合数值计算模型,分析电池模组内部风道空气流速以及电池组温度场分布规律,并开展储能电池模组原型充放电温升试验,验证数值计算结果的准确性。进一步优化储能电池模组的温度场分布,通过调整散热孔排布方式对电池模组进行了优化设计,提出一种侧面U形开孔结构,储能电池模组的温度一致性和电芯最大温度得到了显著改善。优化后,模组电芯最大温差降低2.6℃,温度标准偏差降低1.18,研究结论可为储能电池模组温升计算与散热设计提供参考。     

锂离子电池热失控仿真研究进展

锂离子电池作为常见的储能和动力装置在生产生活中得到了广泛应用,但其在滥用条件下会引发热失控,对其安全性的研究很有必要.热失控仿真因其独有的优势,成为研究锂离子电池热失控的重要手段.本文通过对近期文献的研究,从热失控仿真、热蔓延仿真以及热失控仿真的应用三个方面对热失控仿真的研究现状进行了总结.着重介绍了不同诱因(热滥用、机械滥用和电滥用)导致热失控的产热机理和仿真方法,电池组内热蔓延仿真的研究现状和如何抑制热蔓延以及对热失控预测方法的研究.当前的热失控模型已经具有较好的精确度,可以模拟出电池发生热失控时主要的放热副反应,但电池内部十分复杂,混合了化学反应和物理变化,相关参数难以测量和计算,因此锂离子电池热失控仿真还需进一步研究.     

Research of leaked toxics from Li-ion battery electrical heat triggering thermal runaway

为探究锂离子电池电热触发热失控过程,本工作在研究和建立电热触发锂离子电池热失控方法的基础上,对不同荷电状态下18650锂离子电池进行电热触发热失控,分析了电热触发18650锂离子电池热失控现象,对热失控过程中泄露的气体进行采集与分析。研究结果表明,电热方法可以触发18650锂离子的热失控,该热失控过程中会产生有毒气体,同时伴随浓烟和高温,防护不当将对人体和环境造成伤害。     

锂电池储能电站防消一体化系统设计及控制策略

面向锂电池储能电站的安全需求,遵循“预防为主、防消结合”的原则,设计锂电池储能电站防消一体化系统,实现数据融合和智能诊断,建立早期预警、后期灭火防护的完整系统;参照实际储能预制舱结构,搭建储能预制舱试验环境,开展锂电池单体及模组热失控及灭火试验,结果表明：防消一体化系统控制策略通过安全预警、防护、消防系统的分级工作,实现了火灾早期预警以及后期灭火防护,最大程度降低了电池热失控带来的危害;以细水雾作为灭火介质能在短时间内熄灭磷酸铁锂电池火灾,并能有效防止电池复燃。     

考虑质量流量的电池组蛇形冷却结构仿真北大核心CSCD

针对大容量方形锂离子动力电池组在放电时存在电池表面温度过高与温度一致性较差问题,以电动汽车用某方形磷酸铁锂电池为研究对象,分别设计了具有单向流通结构和双向对流结构的蛇形管路电池组热管理系统。为了考察两种热管理系统的冷却性能,首先建立了单体电池的电化学-热耦合模型,模型经试验验证后,对不同质量流量下的电池组最高温度、冷却时间以及最大温差进行了对比仿真研究,结果表明:随着质量流量的增大,两种结构的电池组最高温度均呈下降趋势;在不同质量流量下,单向流通结构冷却时间均小于双向对流结构,双向对流结构的电池组的最大温差均小于单向流通结构;在大质量流量下,由于冷却液流速过快,会导致冷却液温度升高,从而影响冷却效果。