[动力电池]基于模型的动力电池系统多尺度热安全设计

针对锂离子动力电池系统的热安全问题,从电池材料、电池单体、电池系统三个尺度,提出了基于模型的电池系统热安全设计开发总体思路。总结了电池材料热稳定性、电池单体热失控特性、电池系统热失控蔓延特性等的测试表征方法。探讨了建立电池热失控的化学反应动力学模型、单体热失控温度与压力预测模型、电池模组热失控蔓延模型过程中需要考虑的因素。利用模型进行仿真分析,可以得到影响电池系统热安全性的主要因素,并指导多尺度热安全设计。     

汽车动力电池组热特性及散热结构优化研究

动力电池是纯电动汽车重要的储能元件,在电动汽车日常运行中,锂离子电池工作性能与工作温度密切相关,由于充放电时,电池会产生大量的热量,而这些热量的积聚直接导致了电池温度的升高,极大影响了电池性能,因此,锂离子动力电池组散热结构优化十分必要.基于此,本文首先介绍了纯电动汽车动力电池组热管理系统,对锂离子动力电池组热特性进行...     

低压条件下分布式储能系统锂离子电池燃烧失控风险预警

为解决锂离子电池燃烧失控时预警不及时的问题,构建低压条件下分布式储能系统锂离子电池燃烧失控风险预警模型.根据热失控扩展传递方式,提取低压条件下锂离子电池热失控扩展规律.识别过充电热失控风险,建立燃烧失控风险指标体系.确定预警指标权重,构建风险预警模型.实验结果表明,与 ２ 种传统模型相比,所设计风险预警模型的预警速度分别快了３.４８ s 和７.６４ s .由此可见,该研究为供电公司运作安全提供更可靠的技术保障.     

锂离子电池充放电机械压力特性研究

软包锂离子电池在充放电期间因为锂离子的脱嵌使得电池表面产生形变进而形成机械压力。通过对软包锂离子电池施加一定预紧力后进行正常与滥用的充放电试验研究,揭示电池表面机械压力的变化特性规律。结果表明：在正常充电阶段,电池表面机械压力逐渐增大,在正常放电阶段,电池表面机械压力是一个逐渐恢复的过程;在滥用的过充电与过放电阶段,电池表面机械压力均表现出先缓慢增大后迅速增大(dF/dt■0)的现象。针对过充电和过放电电池表面机械压力迅速增加的特点,进一步基于滥用特性提出锂离子电池热失控预警电压的确定方法和锂离子电池放电截止电压的确定方法,为软包锂离子电池的安全性设计和电池管理系统中过充电、过放电提供理论依据与方法指导。     

软包与方形锂离子电池热失控测试及分析

锂离子电池因其优异的充放电及循环性能使其在电动汽车行业得到了广泛应用。然而,锂离子动力电池的安全性问题却一直未得到有效解决。锂离子动力电池的放热反应会引起电池内部热聚集,从而导致热失控引发电池的燃烧或爆炸。为了对锂离子动力电池进行有效的安全防护,本文重点对软包电池和方形电池进行了热失控测试及分析,积累了必要的试验数据,为锂离子动力电池的安全预警策略设计提供了借鉴。     

车用锂离子电池系统热蔓延试验与机理研究

动力电池的安全问题始终阻碍着电动汽车的推广,而热失控是安全问题的主因.锂离子电池在极端滥用条件下会发生热失控,同时热失控的能量会引发模组乃至系统的热蔓延.目前,单体热失控及模组热蔓延的机理被广泛研究,有关系统层级的热蔓延研究还较少.为研究电池系统热蔓延的机理,进行电池系统热蔓延试验.根据试验中系统热失控能量释放的剧烈程度,将电池系统热蔓延分为三个阶段:始发模组内热蔓延、模组间热蔓延和轰燃.此外,根据模组的不同受热情况,模组内热蔓延的规律可总结为顺序蔓延、同步蔓延和倒序蔓延三种模式.最终,结合蔓延表征结果和电池系统结构,发现液冷板对系统蔓延路径起到导引作用,以及当系统上盖破损后,电池热失控时会伴随着火焰,进而加速系统热蔓延过程,同时还验证了空气间隙对热蔓延的延缓作用.研究揭示了电池系统热蔓延的特征,为电池系统的安全性设计提供了依据.     

车用锂离子电池热管理系统研究

近年来,随着能源和环境问题越来越突出,锂离子电池驱动的电动汽车在缓解这些问题方面显示出了巨大的潜力和优势。与其他电池相比,锂离子电池具有比能量高、能量密度高、使用寿命长等优点。然而,受限于电池的工作温度,锂离子电池电动汽车发展面临巨大挑战。在高温环境下,锂离子电池可能会产生热失控,导致短路、燃烧、爆炸等安全问题。本文介绍了锂离子电池所使用的热管理方法,并对其优缺点进行了讨论和比较。同时,本文的最后,提出了锂离子电池的发展前景。     

论新能源汽车锂离子电池的安全问题

介绍了新能源汽车中锂离子电池的安全背景,分析了锂离子电池的热失控问题,并从电池热管理系统、其它保护系统、电池内部结构改进等方面提出解决方案。     

热重-红外联用对橡胶热分解过程的探究

热重-红外联用在可燃性物质的热分解现象分析中应用广泛。利用热重-红外联用分析橡胶热分解过程,探讨橡胶垫中橡胶在受热时质量与温度的关系、焓变,分析和鉴别释放的气体。得出橡胶垫中橡胶热分解存在两个失重过程:200~550℃为第一阶段失重,是橡胶自身分解吸热所致;600~750℃为第二阶段失重,该阶段是长链烷烃自身燃烧放热所致,得到橡胶垫中橡胶成分含量为56.04%。     

锂离子电池碰撞安全仿真方法的研究进展与展望

锂离子电池以优异的电化学储能和循环性能,已成为电动汽车和电动飞机等新能源装备的主要动力源。然而,其受外部冲击、碰撞等载荷导致的结构失效、内短路、热失控以及起火/爆炸等安全问题,严重制约了其进一步的发展与应用。详细总结了锂离子电池结构特性和电池机械滥用试验方法,阐述了锂离子电池在机械滥用下从力学失效到内短路和热失控的多场耦合失效机理。在此基础上,系统地综述了近年来国内外学者在锂离子电池碰撞安全仿真方法方面的研究进展,从材料本构建模、电池单体的力学建模与仿真、多场耦合仿真方法等方面总结了仿真方法的研究现状。梳理了各类仿真方法的特点、适用性与局限性,并重点讨论建模方法、仿真精度和效率等关键问题。最后,对锂离子电池碰撞安全仿真方法存在的瓶颈问题和未来的发展趋势进行展望。可为锂离子电池的碰撞失效机理研究、建模仿真和安全设计提供系统的参考与指导。     

多拓扑结构锂电池组外短路特性分析及模型评价

新能源汽车的快速发展受到动力电池系统安全的掣肘,锂电池组外部短路故障是导致电池热失控进而引发汽车起火爆炸的主要因素之一,而不同拓扑结构及初始荷电状态(State of charge, SOC)影响锂电池组外部短路特性。搭建锂电池组外部短路故障试验平台,进行多拓扑结构锂电池组在静置工况下的外部短路试验,模拟汽车停置时电池发生外部短路故障过程,揭示不同拓扑结构及不同初始SOC对锂电池组外部短路特性的影响,为锂离子电池单体分选成组、外部短路故障诊断等方面提供数据支撑。此外,锂离子电池外部短路模型重构是进行故障诊断的基础,对不同等效电路模型对锂离子电池外部短路电压预测精度等进行综合评价,为锂离子电池外部短路电特性重构模型选择提供指导。     

锂离子动力电池组发热功率试验研究

锂离子动力电池的性能和寿命与电池热管理密切相关,而电池产热模型的建立是其热管理的基础。通过理论计算、试验测试和模拟分析对额定容量为50 A·h、额定电压为3.65 V的三元锂离子动力电池的充放电发热特性进行了研究。结果表明:Newman公式在电池发热功率计算中准确度较高,与试验测得发热功率相比误差为8.7%。将理论发热功率应用于模拟仿真后,模组最高温度与试验测得最高温度误差为9.5%,模拟结果可为锂电池的性能研究及热管理设计提供参考。     

基于空气冷却技术的动力电池散热方式研究现状

电池温度是影响电池组性能的重要因素,高温会严重影响电池的容量和寿命,并对电池的结构产生不可逆的破坏,甚至会导致安全事故的发生,所以对电池组的散热是必要的.描述锂离子电池的热特性,阐述温度对动力电池的影响以及散热对于动力电池的重要性.介绍了动力电池常见的散热方式,重点介绍空冷散热方式的研究现状,并对强制冷却与主动冷却进行...     

电动汽车电池安全事故分析与研究现状

电池安全问题严重影响了电动汽车的普及与推广,近年来电动汽车电池起火事件频发,引起了极高的社会关注度。本文对近五年的主要电动汽车安全事故进行统计分析,归纳电动汽车起火事件的历年起因分布及规律,对几种主要的事故起因背后的电池故障特性及其对热失控触发机理进行了描述,进而综述了国内外主要团队在电池过充电、外部短路、内部短路、过放电以及挤压碰撞等电池安全问题的研究现状,讨论现有主要研究成果及不足之处,最后对电池安全及热失控的诊断、预警的研究趋势及思路进行几点探讨。     

锂离子电池切分机构仿真与试验研究

与传统的整体破碎工艺相比而言,锂离子电池机械化拆解工艺可以在预处理阶段实现电芯和其他部分的分离,降低化学萃取成本,提高贵重金属元素的回收效率,具有重要的研究意义。为此设计了一种可以适应不同型号锂离子电池的切分机构,并提出了将可视为复杂装配下的复合材料的锂离子电池材料模型替代成简单均质的Johnson-Cook本构材料模型的等效替代理论,并通过理论计算、Abaqus仿真以及试验研究的方法进行分析,结果表明:所设计的切分机构能够完成锂离子电池的切分,切口和变形情况均满足要求,提出的等效替代理论可以满足切分试验的要求,并得到参数修正后的本构模型方程用于指导切分仿真计算。     

车用大尺寸软包锂离子电池在高低温升 工况下的生热率测定

提出了一种电动汽车用大尺寸软包锂离子电池的生热率测量方法——热补偿法,研究了电池生热率与工作电流、温度之间的曲线关系,其有效性得到了常规热流计法的验证,最后结合这两种方法研究了电池在高、低温升工况下的生热特性。研究结果表明,基于热补偿法的电池生热率平均测算偏差低于5.6%;电池的生热率随工作电流的增大而增大,二者呈二次非线性关系;电池在高温升工况下的生热率随放电深度呈先降后升趋势,形似U型曲线;电池在低温升工况下的平均生热率较其在高温升工况下高约13.7%。提出的热补偿法具有精度高、成本低、简便灵活等优势,研究成果可为大尺寸软包锂离子电池的热模型建立和热管理系统设计给予指导。     

An experimental study on the ignition and emissions characteristics of wallpapers

The combustion characteristics of wallpaper and the toxicity of gas produced from wallpaper fires were analyzed to evaluate the fire risk of wallpaper used in living spaces. Ash content was measured with a high-temperature electric furnace, and thermal analysis was carried out with thermogravimetric analysis (TGA). Combustion time and smoke concentration were measured with a cone heater and a combustion gas analyzer. The smoke density of samples was measured using the smoke chamber ASTM E 662. Pyrolysis in silk wallpaper began at a lower temperature than the other samples. This means that silk wallpaper can be ignited at a low heat flux and will have a greater fire risk than other kinds of wallpaper. Heat by radiation flux caused silk wallpaper to ignite in the shortest time compared to the other samples, so the time for evacuation in this situation may also be reduced. Silk wallpaper also released the highest carbon monoxide concentration, so the toxicity and harmful effects to consciousness were stronger than any other wallpaper. The smoke densities of silk wallpaper and fire retardant-treated silk wallpaper were very high due to their vinyl coatings.     

基于PIC单片机的锂电池测试平台设计

为考察锂电池在使用过程中的性能变化,设计了一款基于PIC单片机的锂电池测试平台。该测试平台分为对称的四路,能连接8块锂电池。测试平台能实现对锂电池充放电过程中的数据采集。使用该测试平台对锂电池进行循环充放电试验,得到了锂电池在不同状态下的电流、电压以及持续时间等充放电特性曲线。试验表明锂电池在0.385C-0.52C充电电流大小附近时,它在充放电过程中才能达到最佳性能;试验同时表明锂电池在循环充放电过程中寿命近似成线性变化。为电子产品的可靠性使用提供了保障。