锂离子电池热失控多维信号演化及耦合机制研究综述

锂离子电池热失控问题是当前电化学储能电站安全的核心问题。准确详尽地掌握电池热失控过程是实现储能电站主动安全预警的前提。然而,锂离子电池是具有复杂非线性特性的电化学系统,其热失控过程将在多维物理场上表现出不同的信号特征,现有仅靠电压和温度等外特性信号的电池管理系统难以全面客观地监测电池的安全健康状态。因此,研究电池热失控过程中多维信号的演变及耦合机制具有重要意义。本文系统综述了锂离子电池热失控过程中的热、电、机械和气体四个维度的特征信号的演变规律,分析不同维度物理场信号之间的耦合特征,并展望基于多维传感信号融合的电池主动安全预警技术在储能电站的应用。     

储能用锂离子电池安全性测试与评估方法比较

作为支撑智能电网和能源转型发展的关键技术,储能受到了全球的广泛关注.锂离子电池因能量密度高、寿命长和无污染等性能,成为大规模储能的首选储存载体之一,锂离子电池储能规模也在迅速增长.但是近年来,锂离子电池热失控火灾事故频发,成为制约其大规模应用的关键因素.针对这一问题,本文归纳对比了国内外常用的储能用锂离子电池安全测试标...     

锂离子电池储能系统安全技术发展现状

我国正大力推动建设以新能源为主体的新型电力系统,作为支撑可再生能源普及的关键技术,储能产业得以高速发展,锂离子电池储能市场也进入加速发展期。然而,在高速发展的同时,近年来国内外发生的多起储能系统火灾事故,也引发了大众对锂电池储能系统安全的关注。锂离子电池储能系统运行的主要风险分为起火爆炸风险、有毒有害化学物泄漏风险和电击风险,其中起火爆炸是锂离子电池储能系统的主要风险,主要致因则是电池的热失控。防范电池的热失控问题,应从电池安全、储能系统、运行维护和事故后消防等几方面提升安全防控技术。从生命周期看,锂离子储能系统的关键安全技术包括电池单体安全、箱体热管理、主动预警监测、被动监控预警、高效消防手段等。鉴于锂离子电化学储能系统的安全运行和安全隐患正逐渐成为制约产业规模化发展的瓶颈,建议有关部门要完善政策体系,提高产业规划科学性,进一步健全新型储能安全生产法律法规;加快标准体系构建,建立储能系统建设及运维的指引标准,指导储能系统安全体系建立;强化消防安全技术攻关,加快关键部件转化应用。     

模拟仿真在锂离子电池热安全设计中的应用北大核心CSCD

随着锂离子电池的广泛使用,锂离子电池热安全问题日益突出。相比于成本高、破坏性大的实验方法,建模仿真因其经济、安全、快速等优势成为锂离子电池热安全研究的重要手段。本文从微观建模、单电池建模以及电池组建模三个尺度对最新的锂离子电池模型及其在热安全设计中的应用进行了综述。着重介绍了锂枝晶的生长调控和电解液的安全设计方面的模拟仿真、单电池模型与热方程耦合的应用以及锂离子电池组热模型在优化电池热管理系统方面的研究。最后总结了现有的锂离子电池热模型存在的缺陷,并对锂离子电池热模型未来的研究方法做出了展望。     

锂离子电池智能消防及其研究方法

锂离子电池是储能领域最具应用前景和市场价值的一类电化学器件,电池安全备受关注。研究电池热失控及智能消防对于提高储能系统安全性具有重要意义。本文对目前锂离子电池安全及智能消防方面的研究进行了梳理,现阶段的电池安全研究主要集中在本征安全、检测安全以及消防安全三个层面,但受限于该领域的研究起步较晚,依旧存在较多问题。我们结合锂离子电池安全研究现状,分析了电池热失控的过程及前后特点,指出了目前电池消防系统中存在的问题,并由此提出了电池智能消防系统的基本框架及其研究方法。通过将实际条件与实验条件结合分析,针对实验硬件和检测指标开展了讨论;重点聚焦研究平台中的电池燃烧载体的搭建与设计思路,并对热失控触发方式和喷淋系统的设计进行了总结与分析;同时提出了现有消防检测系统在锂电领域应用的局限性,详细介绍了锂离子电池智能消防中包括温度、电压、早期产气等重要预警指标的作用和其在研究中常用的采集及分析方式。     

基于火灾事故树模型的储能锂离子电池安全性检测方法与验证北大核心CSCD

规模化储能应用对锂离子电池提出了更高的安全性需求,充分挖掘储能用锂离子电池安全性检测技术对提升电池安全性能具有重要意义。GB/T 36276—2018《电力储能用锂离子电池》作为我国首个储能电池国家标准,其中规定的安全测试条款是否科学合理,检测方法是否可行亟待验证。本文基于储能锂电池安全事故触发因素,将火灾发生的必要因素通过火灾事故树原理层层分解。再利用布尔代数算法进行模拟,提出储能电池安全检测项目,与国家标准GB/T 36276—2018进行对比分析,验证了现行国家标准条款的科学合理性。最后基于试验平台,选用三元锂、钛酸锂、磷酸铁锂及锰酸锂等不同体系储能用锂离子电池开展了14种安全检测试验,对提出的测试项目进行试验验证。国内外首次验证了国家标准GB/T 36276—2018中安全测试条款的操作性和可行性,也为国家标准GB/T 36276新版本的修编提供了依据和数据支撑。     

锂离子电池储能安全技术的发展态势——从全球专利数据分析我国的发展现状

电池储能是能源利用的重要环节,电池安全性是储能技术应用的前提和保障。为了解锂离子电池储能技术领域的全球发展态势,分析我国的发展现状,发现未来发展方向,本文基于IncoPat专利数据库进行检索,总结全球及中国专利申请数量的变化规律,对比分析专利主要来源国和主要申请人的申请情况及专利价值。基于IPC技术分类,通过技术主题分布分析专利技术的不同领域分支及技术主题的发展趋势。研究发现,在有关锂离子电池储能应用安全技术的专利申请数量方面,我国和全球的发展态势一致,呈持续增长趋势。虽然来自我国申请人的专利数量最多,但合享价值度高的专利占比少,并且专利布局主要局限于本国,说明我国企业在关键技术的掌控上与日企和美企仍存在较大差距。目前全球该领域的专利研究主题主要分布在电池材料改进、状态监测、故障诊断及早期预警、热管理、电路平衡管理以及防火防爆灭火技术等方面。     

储能用锂离子电池管理系统研究

锂离子电池因其性能优异在高电压大容量的储能系统得到了广泛的应用。锂离子电池管理系统是延长电池循环寿命,维护电池安全运行的关键。针对储能用锂离子电池的特性,该文讨论了储能用锂离子电池管理系统的结构,重点介绍了电池管理系统的主要功能,特别是单体电池数据采集功能、电池状态估计功能和均衡管理功能,并分析了状态估计和均衡管理方法的优缺点,对其实现策略进行了评价。     

大容量电池储能的本质安全探索

伴随着大型电化学储能项目的大量投产,如何保证大容量储能电池的本质安全成为亟待解决的问题.本文回顾了本质安全概念的演变,介绍了本质安全的内涵.参考煤矿行业本质安全型蓄电池的设计规范,提出了电池储能本质安全分级方案,将电池储能安全等级分为本质安全、非本质安全以及不安全三类.针对储能电池以模组和集装箱形式运行的现状,根据不同的组成形式,将电池储能的本质安全区分为电芯、模组以及集装箱系统三个层面的理解,并分别对其本质安全性进行论述.针对储能电池电芯的本质安全梳理了不同方向的技术路线,围绕水系电池、固态电池和安全剂注入三种技术路线,对其研究与应用进展进行深入探讨,并提出了不同技术路线面临的本质安全挑战,展望了未来大容量储能电池的本质安全应用前景.     

锂离子电池热管理和安全性研究

温度是影响锂离子电池性能、寿命和安全性的重要因素,电池热管理系统能使电池的工作温度维持在适宜范围,保障电池安全、高效和长寿命使用。因此,电池热管理系统对动力和储能设备在不同工况和环境下的运行至关重要。本文介绍了锂离子电池热模型的发展和应用,对热管理和安全性的研究进行了归纳;总结了本课题组的相关工作进展;在此基础上,指出了锂离子电池热管理和安全性进一步的研究方向。     

使用工况对锂离子电池电化学性能的影响

[目的]锂离子电池储能技术在近年来得到快速发展和广泛应用,但在实际应用中发现具体使用工况对锂离子电池储能的实际使用寿命和盈利能力有着巨大影响,文章旨在研究使用工况对于锂离子电池电化学性能的影响,为今后的锂离子电池储能项目建设提供参考。[方法]测试并分析工作荷电区间、放电倍率、工作温度对锂离子电池实际工作性能的影响。[结果]充放电荷电区间、使用倍率、工作温度都会对锂离子电池的实际工作性能产生巨大影响。一方面,适当调节充放电荷电区间会明显提高电池的使用寿命;另一方面,目前调频储能项目常用的2 C配置方式会明显降低锂离子电池的使用寿命,而将倍率降低至1 C配置虽然会增加初始投资,但有望获得更低的周期度电成本。此外,温度控制对锂离子电池的使用寿命也极为重要,即使是个位数的温度差异也有可能造成长期使用后显著的电池不一致性。[结论]锂离子电池储能具有响应速度快、调节精度高、配置灵活等优点,随着“碳达峰、碳中和”工作的深入和电力市场的逐步建设,锂离子电池储能将会在提高电能质量方面发挥重要作用。注重使用工况对于锂离子电池性能的影响将会进一步提高锂离子电池储能的使用效能。要根据实际应用需求实际设计电池的...     

锂离子电池成组及一致性管理研究现状与展望

归纳和总结锂离子电池和电池组模型、电池成组和电池一致性优化控制的研究方法和存在的问题。同时,对电池一致性管理研究趋势进行展望。提出应根据储能系统实际运行工况和电池成组方式,充分考虑电池连接方式、极柱引出位置、连接件阻抗等,优化电池组模型,提高模型精度。并根据模拟和实验结果,优化电池成组方式和控制策略,解决制约储能产业发展的电池组技术瓶颈。     

计算机技术在锂离子电池检测中的应用北大核心CSCD

伴随着时代的发展,环境污染与能源短缺已成为我国可持续发展过程中亟待解决的重要问题。基于储能视角,锂离子电池能够有效缓解我国化石能源短缺问题,随着科技的进步,锂离子电池的应用领域越来越广泛,如使用锂离子电池的电动汽车、手机等产品,为了保证这些产品的生产质量,常常需要对锂离子电池进行安全检测。     

储能软包大模组结构稳定性北大核心CSCD

随着新能源产业的高速发展与“源网荷储一体化”概念的提出,锂离子电池在储能领域得到了广泛的应用。为控制成组成本,应用于储能领域的电池模组也朝着高电压、大容量的方向发展,这对锂离子电池成组技术,尤其是软包电池成组技术提出了更高的要求。本工作通过理论计算及有限元分析的方法,对储能软包大模组进行膨胀力分析,目的在于全寿命周期内考察模组的结构稳定性,结果表明在储能软包大模组设计过程中,泡棉的选型、端板的材料、端板固定螺栓的数量与强度非常重要,良好的设计方案可以降低甚至避免电池膨胀力对模组结构产生的影响,提高模组的结构稳定性,使模组具有更好的安全性以及更长的使用寿命。     

锂电储能系统热失控防控技术研究进展

储能电站锂离子电池火灾事故频发引起了人们对锂离子电池热失控特性和防控技术的关注与重视。本文将储能电站锂离子电池在外部滥用条件下的热失控演化过程划分为3个阶段和6个过程,分别是热失控早期、热失控发生期、火灾初期3个阶段和放热、产气、增压、喷烟、起火燃烧和气体爆炸6个过程。整个演化过程各阶段并不是独立的,而是化学反应重叠交叉进行的。因储能电站火灾与传统火灾燃烧特性差异较大,需根据其热失控演化过程特点提出针对性的防控措施。本文梳理了近年来锂离子电池热失控特性和防控技术的研究进展,对锂离子电池热失控演化过程、监测预警技术、热失控抑制和灭火技术等方面进行了归纳总结与展望。     

锂离子电池储能系统靶向消防装备设计与性能北大核心CSCD

锂电池储能系统是构建新型电力系统,实现双碳战略目标的关键支撑,但锂离子电池储能系统的消防安全问题成为了制约储能系统大规模推广的关键瓶颈,现有基于固定建筑物式的传统气体灭火系统适用性不强,无法扑灭锂离子电池火灾及抑制复燃。本工作面向典型预制舱式锂离子电池储能系统,基于多层协同预警技术和不同防护灭火策略实现了对储能系统的靶向消防防控装备开发。首先,基于烟/温感探测器、可燃气体传感器、Pack温度传感器构建了多层协同的预警技术,实现对电气火灾、锂离子电池火灾的精准预警。其次,在现有七氟丙烷灭火系统基础上增加锂电池火灾专用抑制系统,满足国标电气场所消防设计要求的同时保障锂电池火灾抑制需求。通过主管道、应急管道、喷嘴的布局定位安装,所设计的抑制系统支持Pack级主动防护,能将锂离子电池抑制剂输送到Pack,实现对锂离子电池火灾的早期扑灭并能多次启动,抑制锂离子电池火灾复燃及蔓延。灭火系统和抑制系统协同作战,各自发挥优势,全方位保障锂离子电池储能系统的安全。     

电化学储能产业发展对安全标准的需求

储能作为新型电力系统的关键组成,市场规模取得了快速增长。在储能产业发展的同时,国内外储能项目事故也在不断发生,大多数是锂离子电池储能事故,引起了社会对储能安全的关切。储能产业亟需明确储能安全标准要求,提升储能产品和项目建设的准入门槛,避免恶性事故再度发生。本工作回顾了近两年国内外储能项目事故情况,统计了事故发生时储能项目所处的状态和储能技术类型,从事故角度分析了相应阶段对储能安全标准的需求。对电力储能系统安全相关标准,本工作重点梳理了主要的IEC标准、美国标准和国内现有的国家标准、地方标准,简要分析了相关标准的要求和特点,最后从储能项目全生命周期的角度总结了设计建设、运输、运维、消防安全、应急救援和退役回收等各阶段储能安全标准有待进一步解决的问题,并对下一步相关工作的开展给出建议,以期推动国内相关标准的完善,为储能产业安全健康发展奠定基础。     

水系双离子电池的研究进展与展望

随着消费电子、电动汽车与规模储能产业的迅速发展,人们对电化学储能技术的安全高效提出了更高的要求。然而,锂离子电池（LIBs）存在的安全隐患问题制约了其在规模储能市场的应用。水系双离子电池（ADIBs）是一类以水系电解液作为离子传输介质且阴、阳离子均作为载流子同时参与电极电化学反应的新型储能技术,具有安全性能优异、功率密度高、绿色环保、性价比高等优势,在大规模储能领域具有潜在的应用前景。本综述从ADIBs的基本工作原理以及限制其发展的关键科学问题出发,归纳了近年来从电解液设计角度出发,拓宽电化学稳定电压窗口的几种常用方法,并总结了在正极和负极材料优化、储能机理研究方面取得的重要进展。最后,基于对ADIBs的理解,对其研究前景和未来研究方向进行了展望。本文将为水系储能电池研究的工作者提供参考,并为推动ADIBs的发展和促进高安全储能技术的进步发挥积极作用。     

基于深度学习的储能锂离子电池健康状态估计

锂电池储能系统在促进大规模清洁能源并网和保证电网稳定运行等方面发挥着重要作用。针对储能锂离子电池运行过程中的健康管理问题,提出了一种基于深度学习的储能锂离子电池实时健康状态估计方法,利用注意力机制的长短期神经网络,实时评估站内电池单体及电池簇的健康状态。通过对输入特征进行注意力加权,强化参数敏感性较高的特征在模型训练时的作用,以获得更高的估计精度。为验证该模型的有效性,利用公开数据集及实际储能锂离子电池运行数据,分别对储能电池单体及电池簇进行健康状态估计,实现了比传统神经网络方法更高的估计精度。     

钛酸锂基锂离子电池及其健康状态研究进展

锂离子电池的高功率密度和高能量密度等特性使其成为电动汽车能源和新能源电网储能的重要载体。功率性能和安全特性是锂离子电池发展的两个主要挑战。钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂材料因具有良好的结构稳定性、安全性能、长循环寿命、高功率特性和高低温放电性能,被认为是锂电池负极材料的良好备选。综述了以钛酸锂材料为负极的锂离子电池的相关工作,介绍了钛酸锂材料的结构、电化学特性、制备方法和作为电池负极材料面临的主要问题,重点介绍了钛酸锂负极电池的全电池性能和健康状态研究等方面。