单体锂离子电池充放电数值仿真与试验

基于锂离子电池生热模型和材料热物性参数,建立了锂离子电池充放电热行为热模型。进行了单体电池不同倍率放电及充放电循环下的瞬态热行为数值仿真。结合电池充放电过程温升曲线测试,验证了锂离子电池数值仿真模型。研究结果表明:单体电池最高温度位于正极柱,最低温度位于壳体顶部。随着电池放电倍率的增大,电池温度升高,单体温差增大。电池外壳材质对热模型传热效果具有一定的影响,锂离子电池电极连接部位温升显著。     

基于实体试验的磷酸铁锂电池火灾危险性分析

为研究动力锂离子电池的火灾危险性,以大容量磷酸铁锂电池为研究对象,开展了电池单体的燃烧试验及电池模组的量热试验,获得温度变化曲线和热释放速率曲线。试验结果表明:在外部加热的条件下,电池表面温度在150℃以上磷酸铁锂电池有发生热失控的风险;额定电压12.8 V、额定容量200 Ah的磷酸铁锂电池模组发生热失控,电池模组所释放的总热值约为366 MJ,最大热释放速率约为240 k W。此试验方法可用于量化分析不同材料动力电池的燃烧特性电池;     

液氮抑制32650型磷酸铁锂电池组热失控传播特性试验研究

文章从磷酸铁锂电池组热失控危险特性出发,通过试验研究32650型磷酸铁锂电池单体热失控特征及其电池组间热失控传播过程。探究利用液氮喷淋阻断电池组间热失控传播,分析液氮对磷酸铁锂电池的防灭火效能。结果表明：单体锂电池热失控可划分为被动加热、安全阀泄压、自反应、喷射火、明火熄灭等5个阶段,单体电池温度变化曲线呈倒“V”形。液氮可有效阻断电池组间的热失控传播,能够大幅降低喷射火阶段的电池峰值温度。且喷淋时间越长,阻止电池组热失控传播越明显。30 s液氮喷淋条件下,除电池A1外,其他电池未进入安全阀泄压阶段。     

钛酸锂电池模组热失控扩展抑制技术研究

以20 Ah方形钛酸锂电池为研究对象,研究过充工况下电池单体的热失控特性,获取钛酸锂电池在100％SOC工况下的温度、电压及气体成分和含量的变化规律及参数.实验证明,钛酸锂电池热失控后喷射火焰的程度比较剧烈.为有效抑制电池热失控在模组内的扩展,提出了使用全氟己酮抑制剂在电池爆喷前对使用空间进行惰化的解决思路.通过实体实...     

锂电池过热诱导失控及其抑制技术

为提高锂离子电池典型应用场所的消防安全等级,优化锂电池生产场所、电动汽车以及储能电站的消防安全设计,分析了三元锂电池过热诱导的火灾行为,并采用"预先抑制、早期喷放"的策略,开展了全密闭环境下三元锂电池单体和模组的热失控抑制试验。研究发现:全密闭环境下的三元锂电池单体在热的作用下,依次经历了鼓包、冒烟、火星喷射及爆燃4个热失控阶段。三元锂电池过热诱导热失控时,电池电压突变较温度更早,宜以电压值作为热失控的早期特征探测参数,灵敏度和精度都更高。全密闭环境下,FK-5-1-12灭火剂对三元锂电池单体的热失控具有良好的抑制效果,并能避免爆燃现象,但未能避免三元锂电池模组的爆燃现象;避免爆燃的关键是热失控探测效能、初始流量设计和喷放时机选择。     

串联锂电池组分层均衡设计

针对现有电感均衡方法,只能在相邻电池间进行均衡且均衡时间较长,采用基于电感和库克电路相结合的均衡方法,设计了一种分层式的锂电池组均衡结构。该分层均衡方法能够在内层单体电池间均衡的同时,与其他层之间进行均衡,从而增多了均衡的路径,缩短了均衡时间。相关的仿真及试验结果表明:设计的分层式锂电池组均衡方法在仿真时间上比传统电感均衡减少20%,且均衡后电压分布更为集中。     

一种基于热力学■理论的车载锂电池组水冷系统设计优化

基于热力学■理论,对车载锂电池组的水冷系统进行了优化设计,建立了■损失模型。针对一款电动SUV车型锂电池,通过理论分析和实际测试,比较了4种典型水冷布局的控温效果。在不同放电条件下,分别测试了4种水冷布局下单体电池的最大温差及出现位置。测试结果表明:当冷却水首先流经电池组中央区域时,锂电池组传热网络的■损失最小,电池组的实测最大温差为3.1 K,低于其他3种水冷布局,各单体电池的最高温度也比其他3种水冷布局低1.1～5.9 K。理论分析和实验结果较吻合,证明■理论可用于车载锂电池散热优化设计和改进。     

锂离子电池冲击挤压后安全特性研究综述

从实验和仿真两个角度综述了近年来国内外针对冲击挤压后锂离子电池安全特性的相关研究,从冲头形状、机械加载方式、机械加载位置、SOC 状态4 个影响因素进行分析总结。分析结果表明,锂离子电池内短路面积越大、冲击挤压位置越边缘、SOC 越高,则其失效时温度越高、电压突降越快、越易热失控;而锂离子电池应变量越大,内阻越小。根据冲击挤压热失控前锂电池的电压、温度、内阻等多种安全特性参数变化规律,建立锂电池安全状态的早期预警识别方法,对于防范新能源汽车因冲击挤压造成的热失控安全事故极为必要。     

空运锂离子电池热解气体探测效果对比分析

通过对锂电池热解气体的成分和浓度分析,选取CO和CH4作为探测气体,对比不同火灾探测器的锂离子电池热解气体探测效果。选取空客A320型全货机为模型构建仿真模拟环境,并按照1∶2比例设计中尺度实验平台,通过仿真模拟和实验手段对锂离子电池热失控探测情况进行分析。仿真模拟得到CO和CH4气体探测器报警时间分别为40s和51s,与实验结果基本一致。探测时间符合FAA对于飞机货舱火灾探测器的要求,可为探测技术的研究提供理论指导。     

锂电池组的两级均衡充放电控制策略

针对电动车辆锂电池组中单体电池数量较多,导致控制复杂且各单体电池充放电不一致等问题,根据电源双向主动均衡理论,提出了一种基于一级对称多绕组变压器和二级直流-直流变换器的两级均衡拓扑及控制策略。运用极差法,分别以电池模组之间电压一致和模组内单体电池电压一致为控制目标,对电池模组和组内单体电池进行能量均衡分配。建模分析表明:本文所提出的均衡系统在充放电期间,使电池模组之间电压和模组内单体电池电压离散度均保持在2%以内,均衡时间为0.5 ms,相较于直流-直流变换器,均衡时间缩短了33.3%。     

三元锂离子电池直径和荷电状态对热失控传播影响研究

随着我国新能源汽车的不断发展,锂离子电池作为新能源电动汽车最重要的储能设备,由于其能量密度高的特点,存在着燃烧迅速、爆炸并触发相邻电池热失控传递的热安全危险,制约着更规模化的应用和推广,严重威胁着人员的生命财产安全。电池的热失控主要与其电池形状、荷电状态、连接方式等有关。而在不同荷电状态和不同直径的耦合条件下的电池热失控研究是提高锂电池安全性能的研究重点。为了探究锂离子电池热失控传播过程的主要影响机制,采用不同直径（10440型、14500型、18650型、21700型、26650型和32650型）和不同荷电状态（50%、70%、100%）的三元锂离子电池为研究对象,考察其在一维线性排列方式下的热失控传播时间及热失控空间传播速率变化特征,进而深入分析电池直径和荷电状态对热失控传播时间及热失控空间传播速率的影响机制。采用实验数据、传热学理论以及无量纲分析相结合的方法建立了阻断电池热失控传播链的计算模型,进而预判电池间的热失控传播时间,结合无量纲分析得到了不同荷电状态（50%、70%、100%）电池热失控传播时间与电池直径（10,14,18,21,26,32 mm）的特征关系,提出了一维排...     

三元锂电池过充诱导燃烧特性的试验研究

为保障锂电池储能行业的安全发展,建立锂电池火灾科学防控技术,针对三元锂电池单体和模组,采用恒定电流过充电的诱导方式,开展了锂电池火灾燃烧特性和蔓延规律研究.试验结果显示,三元锂电池的燃烧过程可分为鼓胀、冒烟、燃烧3个阶段,且呈喷射火形式,燃烧强度大、燃烧速度快,火灾最高温度约为750℃;三元锂电池热失控会生成CO、SO...     

不同灭火装置对磷酸铁锂电池模组火灾的灭火效果

为了验证不同灭火装置对储能电池模组火灾的灭火效果,按照实际预制舱搭建试验平台,分别考察了七氟丙烷、全氟己酮、热气溶胶、细水雾等灭火装置针对预制舱中单个储能电池模组火灾的灭火效果。试验结果表明,针对储能电池模组火灾,需要考察灭火剂的灭火效果和降温能力。部分灭火剂可以扑灭初期火灾,但是难以中断储能电池内部的持续反应,可能发生复燃。     

锂电池穿刺燃烧特性及其抑制技术研究

建立锂电池穿刺试验平台,模拟电动汽车动力电池系统碰撞后起火的事故场景。分析磷酸铁锂电池和三元锂电池在穿刺条件下不同的火灾行为,并开展了磷酸铁锂电池模组穿刺燃烧实体灭火试验。研究发现：在穿刺条件下,磷酸铁锂电池燃烧时间较长,火焰强度较弱,三元锂电池燃烧时间较短,火焰强度较大;干粉灭火剂可有效扑灭磷酸铁锂电池火灾,但不能阻止电池内部发生的副反应,复燃的风险较高。建议消防救援人员在处置电动汽车碰撞火灾事故时,注意防范动力电池系统的复燃。     

三元锂离子电池低氧环境热失控特性研究

研究了NCM811三元软包锂离子电池在封闭空间中氧气体积分数为21%和10.64%环境下的热失控特性。实体实验结果表明,氧气体积分数为21%下电池热失控时,先喷射连续火焰再喷射火星,而氧气体积分数为10.64%低氧环境下电池热失控时,电池始终喷射火星,火星未形成连续火焰。电池热失控时喷射的火星在低氧环境中能够短暂燃烧,但火星不能形成连续火焰,表明NCM811三元锂离子电池热失控是一个释氧过程,但电池释放的氧气不足以维持火星的连续燃烧。     

含添加剂细水雾抑制三元锂离子电池火灾试验研究

通过自主搭建的锂离子电池燃烧及灭火平台,以三元镍钴锰酸锂电池为研究对象,开展了含添加剂细水雾抑制三元锂离子电池火灾试验,从溶液表面张力、电池最高温度以及降温速率等方面综合分析溶液灭火机理及效果.试验中选择热滥用方式,采用加热炉加热,使三元锂离子电池发生热失控燃烧,采用高清摄像机记录全过程.选取十二烷基苯磺酸钠、十二烷基...     

全氟己酮和细水雾抑制三元锂离子电池火灾有效性研究

锂离子电池热失控是造成电动汽车火灾事故的首要因素。文章概述了车用锂离子电池热失控火灾危险性及抑制方法,并开展了全氟己酮、细水雾对车用三元锂离子电池热失控火灾的灭火试验。结果表明,三元锂离子电池热失控时表面最高温度超过500℃,表面最大升温速率达到18.93℃/s;全氟己酮灭火剂和细水雾均能有效扑灭电池初期明火,但在灭火后数分钟内电池发生复燃。两种灭火剂均能有效降低电池表面最高温度和最大升温速率。     

通风条件下储能集装箱磷酸铁锂电池热失控气体扩散规律

储能电站安全和消防问题备受关注,采用磷酸铁锂电池热失控特征气体作为探测预警的方式已经广泛应用于储能电站。气体在储能集装箱部的扩散规律直接影响探测预警的准确性,对通风影响储能集装箱磷酸铁锂电池热失控特征气体扩散规律尚缺乏深入的认识。为了探究通风对储能集装箱特征气体扩散的影响,首先采用锂离子电池热失控实验平台探究了109 Ah 磷酸铁锂电池发生热失控特征气体的种类及组分,然后采用数值分析技术对储能电站气体扩散进行全尺寸模拟,通过改变通风速率、通风尺寸、通风位置讨论特征气体的扩散规律,给出纵向特征气体的变化规律,为现实气体探测预警提供理论依据。     

18650 三元锂电池组热失控蔓延规律研究

为探究电池数量、荷电状态和电池间距对18650 三元锂电池组热失控蔓延的影响,设计并搭建了电池过充引发失控过程特征参数测量的实验平台。结果表明：在本文实验条件下,单粒主发电池初爆到火焰熄灭过程约13 s,且不能引发其他电池热失控;但2 粒主发电池失控可引发60%SOC 以上或电池间距2mm 的单粒被发电池热失控,而40%SOC 或间距增至3 mm 以上的单粒被发电池未失控。由此可见,足够电量的被发电池须在主发电池失控过程中获取足够热量和热流强度才会引发失控。由此可推出,若电池箱内空气中含足量有效抑爆剂,能够避免明火燃烧;若增加主发与被发电池之间热阻,同样能够避免电池组的热失控蔓延。     

过充条件下三元锂离子电池热安全性分析

为探究锂离子电池在过充条件下的热安全性问题,以18650型三元锂离子电池为研究对象,开展单次与循环过充不同SOC电池在相同条件下的热安全性对比实验。通过锂离子电池到达初爆和热失控节点所用时间、节点处电池表面温度以及电池表面温度峰值,分析单次与循环过充电池的热稳定性和后果严重程度,为评估过充条件下锂离子电池热安全性提供评价指标,为民用航空运输中使用锂离子电池的设备的检验管理、行业的规范发展提供技术支持。结果表明：单次过充后的锂离子电池与循环过充后相比,初爆时间提前20%,温度升高8%,热失控时间提前15%。在综合分析电池热失控现象、最高温度和质量损失后,得出循环过充后锂离子电池的热稳定性优于单次过充电池,但其热失控后果更为严重。