高比能锂离子电池模组热扩散行为仿真研究

针对锂离子电池热扩散防护问题,以50 Ah三元锂离子电池为研究对象,搭建了加热条件下锂离子电池模组的热扩散模型,研究了不同隔热材料和对流换热系数对锂离子电池模组热扩散行为的影响。基于锂离子电池的热失控反应机理和热传导机理建立了单体电池热失控模型,模型误差小于6%。以单体电池热失控模型为基础,搭建了5个电池并联的电池模组热扩散模型,并设计相关试验验证了模型的准确性,仿真结果与试验结果相符。利用热扩散模型研究了隔热材料和对流换热系数对电池热扩散行为的影响。结果表明:隔热材料的导热系数越大,模组中第1个电池触发热失控的时间越长,电池模组发生热扩散的时间越短,热失控延滞期减小;对流换热系数越大,电池模组发生热扩散的时间越长,热失控延滞期增加。     

触发位置对锂离子电池模组热扩散特性的影响

针对锂离子电池热扩散问题,以18650三元锂离子电池为研究对象,搭建了模组的热扩散模型,研究了模组中不同位置单体触发热失控后对整个模组热扩散的影响.基于锂离子电池热失控反应机理和热传导机理建立了单体电池在绝热条件下的热失控模型,并通过设计相应试验验证模型的准确性,仿真结果与试验结果吻合较好.以单体电池热失控模型为基础,搭建模组热扩散模型,研究了模组中不同位置单体触发热失控对模组热扩散的影响.结果表明:中心位置单体触发热失控,热失控行为呈放射状向周围扩散,且每次都是两个单体电池一起发生热失控,在40 s左右,模组一侧的电池全部达到热失控触发温度;边缘位置单体触发热失控,热失控行为依次向周围扩散,且每次只有一个单体发生热失控,大约50 s的时间,模组一侧的电池全部达到热失控触发温度.最后,基于热扩散模型研究了不同隔热材料对模组热扩散速率延缓的作用.     

电动汽车用动力电池热扩散测试项目解析

随着新能源汽车的广泛应用,新能源汽车事故频发,很多起事故发生在车辆正常行驶或者停放的过程中,事故存在极大的不可预测性和安全风险。电动汽车用动力电池热扩散测试项目的主要目的是验证电动汽车整车或者电池系统应对动力电池单体发生热失控时,能否有效保护驾乘人员安全或者安全逃生的能力。对电动汽车动力电池热扩散测试的项目来源、国内外标准法规要求、研究进展进行了分析介绍,并提出了基于热扩散项目未来的研究方向。     

动力电池系统检测评价标准体系探讨与检测关键技术分析

针对当前动力电池系统尚未建立健全检测评价标准体系、测试技术滞后于产业发展的问题,对动力电池系统检测评价标准体系进行探讨和对检测关键技术进行分析。综合国内外现行动力电池检测相关标准,初步构建涵盖电性能参数测试、安全性能测试、寿命测试和电池管理系统测试的动力电池检测评价标准体系,并围绕动力电池动态工况关键参数测试评估、动力电池热扩散局部热失控安全性测试、电池管理系统功能安全评估等检测关键技术提供方法和思路,为实现动力电池系统测试奠定坚实的基础。     

储能系统用三元锂离子电池热失控火灾特性

锂离子电池是储能系统的重要组成部分，但储能系统用三元锂离子电池的热失控火灾特性尚未厘清，严重制约了此类储能设施消防控灭火手段的应用和储能行业的安全发展。通过储能系统用三元锂离子电池的热失控实验、量热实验和热扩展实验，研究了电池单体热失控和电池模组热扩展的发展规律。实验结果表明，储能系统用三元锂离子电池在热失控后会直接起火燃烧，释放出大量可燃气体，燃爆剧烈，会形成持续的喷射火，电池单体热失控容易触发相邻电池单体发生热失控，形成链式反应。     

车用动力电池最新强制性国家标准解析

2020年发布的车用电池国家标准GB 38031:2020将于2021年1月1日起正式实施,作为车用动力电池首个强制性国家标准必将备受关注。其中热稳定性测试是新增加的安全测试项目,考量在极端恶劣滥用条件下电池系统防御外部火烧和内部热扩散的能力,对电池系统的安全性能提出更高要求。本文对标准GB 38031:2020进行解析,以期为车用电池生产和使用企业研究热事件报警信号和报警阀值提供技术参考,避免产品在后续市场准入中遭受影响。     

一种新型的锂电池发热量测试方法及发热特性分析

现有的发热量测试方法主要是绝热式量热方法,该方法由于热量无法散出导致电池温度过高,具有一定的安全隐患,同时大倍率放电情况下存在热量追踪不及时造成误差的情况。针对现有发热量测试存在的问题,提出了一种新型基于换热器的发热量测试方法,该方法可以将大倍率放电工况下的电池温度控制在安全范围内,同时实时监测电池的发热量,通过使用高精度测量设备实现锂电池发热测试研究,具有高精确度,良好的跟随性等特性。针对不同种类电池在不同放电电流条件下拟合出相关公式,为电池热管理分析提供可靠热特性参数,提供合理有效的散热方案。该理论及设计方法对于锂电池大倍率放电工况下的产热测试具有出色的效果。本实验研究有利于进一步分析不同放电工况下锂电池的热特性。     

液氮抑制锂离子电池热失控传播的实验研究

该研究旨在探究电池间距对锂离子电池热失控传播的影响，并确定无法引发电池热失控的最小电池间距，同时研究不同液氮喷射方式对热失控传播的阻断效果。实验结果表明，电池间距对热失控的传播有显著影响。当间距达到4 mm时，热失控基本无法传播。各种液氮喷射方式都能有效阻断热失控传播，但直接喷射热失控电池是最理想的方法。     

不同荷电状态锂电池模组热扩散特性的研究

随着动力锂电池技术的快速发展，电池比能量得以不断提升。然而外部滥用条件可能会引发电池热失控，释放更多的能量，产生更大的破坏力。以不同荷电状态的某三元锂电池模组为研究对象，对其进行挤压触发的热扩散试验。通过对各试验组样品第1颗电芯失效时的热失控表现、最大挤压力、最高温度等关键参数进行分析和比对，发现荷电状态的高低对锂电池模组热扩散行为有显著影响。在高荷电状态下，模组受挤压时靠近挤压点的电芯会先发生剧烈的热失控，进而导致相邻电芯依次热失控。在低荷电状态下，靠近挤压点的电芯不会发生剧烈的燃烧、爆炸现象，也不会影响相邻电芯造成热扩散。文中的研究成果可以为该型三元锂电池在运输、存储过程中安全荷电状态限值的确定提供参考。     

集装箱式储能系统热管理设计

合理的热管理是集装箱式电池储能系统长期高效、安全、稳定运行的关键.以国内某大型储能示范工程用集装箱式锂离子电池储能系统为研究对象,阐述了热管理系统风道、空调及风扇设计,测试了储能系统不同倍率运行时的电池温度变化.热管理系统可以保证储能系统以0.5 C运行时,电池工作环境维持在最佳温度范围;在1C下运行时,电池最高温度不超过40℃,储能系统最大温差小于8℃.     

考虑性能热衰减和热失控传播的大规模电池储能系统可靠性建模与评估EI北大核心CSCD

功率、能量密度相对均衡的大规模电池储能在新型电力系统中具有广阔应用前景。然而,电池储能的可靠运行与工作环境温度强相关。一方面,异常温度加快电池容量衰减;另一方面,热失控现象极易导致系统严重故障,但现有关于电池储能系统可靠性的研究未有效考虑热效应及其传播的影响。针对此问题,该文提出计及性能热衰减和热失控传播的大规模电池储能系统可靠性分析方法。首先,构建考虑拓扑结构的电池储能系统模糊多状态模型,在故障数据相对缺乏的条件下科学描述电池正常、衰减、完全故障等性能水平和对应概率;结合电池循环寿命模型以及性能分布均值与温度的随变关系,量化不同环境温度下,电池在各时刻的性能衰减程度。然后,从电池组内热量传递角度,建立电池储能系统热失控传播模型,以预测不同电池达到热失控临界温度的时序。在此基础上,构建电池储能系统可靠性评估指标和流程。最后,结合测试系统验证所提模型和方法的有效性,说明单个电池高温下的性能突变对整个储能系统的性能有明显影响。     

热激活电池正极粉中含钙量的测定

研究与应用氧化亚氮－乙炔火焰原子吸收光谱法分析测定热激活电池正极粉中的含钙量。分析了影响测试结果的各种因素。该方法具有很好的灵敏度、干扰少、重现性好、准确度、精确度均能满足热激活电池研制工作的要求。测定样品含钙量相对标准偏差均小于1．0％。加入标准回收率为97％～102％。适用于热电池正极粉中含钙量的控制分析和样品系统分析。     

基于热真空环境模拟试验技术的信号电缆热防护方案研究

热真空环境模拟试验是在地面上模拟飞行中施加在飞行器表面热载荷的一种方式，为了模拟 “高真空”和“高热流”环境，利用石英灯阵作为热源，基于热学理论分析和计算，设计并实现了一套热真空环境模拟试验及测控系统方案。航天器电缆热量过高会造成电缆损坏，影响整星安全，利用热真空环境模拟系统设计并进行了真空环境下的信号电缆隔热材料包覆方案考核试验，对热防护方案进行了试验验证，并得出了满足温控要求的热防护方案。试验结果证明，镀铝薄膜隔热层的热防护效果较好，能够满足航天器对信号电缆的热防护需求。同时，该热真空环境模拟试验系统也为热防护方案的试验验证提供了必要的技术手段。     

42V系统用36V-VRLA电池与热管理方法的开发

42V电力系统是在上世纪90年代由于对电功率的需求不断增加而开发的,目前已应用于轻型混合电动车(HEV)。为了满足轻型混合电动车舒适、安全、燃油效率高的要求,开发研制了42V系统用36V-VRIA电池,这种电池在加速寿命试验中模拟了轻型混合电动车的行驶模式,试验中显示出缩短电池寿命性能的主要原因是电池产生热量、高温所致。因此,分别试制了18V分体式和136V整体槽电池,并在整体槽电池中施加了热管理方法。事实证明,有效的热管理方法可以延长电池的寿命性能。     

18650型锂离子电池热失控影响因素

采用电加热测试系统,研究了电池电量、充电过程及放电过程对恒定加热条件下18650锂离子电池热失控过程的影响。研究表明:恒定加热功率为20 W时,电量越高,锂离子电池热失控起始温度越低,放热反应越剧烈;充电电流越大,热失控起始温度越低,放热反应越剧烈;相同条件下,放电电池比未放电电池热失控起始温度高。     

锂离子电池针刺安全性的研究进展

针刺是评估锂离子电池安全性的各种滥用条件中最为苛刻之一,也是锂离子电池安全测试的重点关注项目。综述锂离子电池针刺安全性相关研究进展,包括影响锂离子电池针刺安全性的因素、提高锂离子电池针刺安全性的方法及作用机理、锂离子电池针刺引发热失控的机理研究等3个方面。基于上述研究结果分析认为：优化设计针刺内短路模式,可以降低针刺热失控的风险。     

用于储能系统锂电池pack热设计的仿真计算与实验研究

以26650电池为研究对象,针对用于100 kW·h/480 V储能系统的锂电池pack进行模块化结构设计、数值模拟和试验研究。根据储能系统对电池子系统模块温度一致性、电压电流一致性、机械可靠性、装配工艺性以及模块标准化要求,运用CFD流体传热计算机数值仿真模拟和实验方法对电池模块、集流板以及电池机柜的关键参数进行分析研究。研究表明:合理的电池间隙不仅让冷却风与每个电池进行充分热交换,还能改善风冷通道、减少模块体积;增加斜板设计可以使模块内部各电池组冷却均匀,有效解决电池因热累积带来的温升过高问题;集流板优化设计可以改善电池单体外连接件电阻的一致性,从而改善充放电电流、电压的一致性。为电池模块的开发、大规模储能系统集成以及研制满足国际技术要求兆瓦级储能系统提供参考。     

某热电池组件击发器开口销的研究

当热电池组件要求在空中分离时激活,依靠系统的降落伞伞绳绷直的拉力释放给击发器时,击发器撞击热电池,热电池开始工作。击发器是热电池重要的组成部份,主要作用是将拉力转换为可以激发火工品的撞击力,从而激活热电池进入工作状态。要求开口销必须在150~300 N范围内可靠解保击发器。主要通过对其开口销拉脱力影响因素的研究,设计开口销在拉力范围内可靠工作。     

基于自产热和外传热的锂离子电池热学模型参数辨识方法

锂离子电池热学模型参数（热容和热阻）的准确辨识对电池热电耦合建模及状态参数估计至关重要。然而传统测量方法成本高且测试周期长，如何利用充放电工况结合产热和传热机理研究快速热参数辨识方法具有重要意义。以8A?h软包锂离子电池为研究对象，建立分布式热路模型；设计双向脉冲工况实验，采用自适应粒子群算法（APSO）进行辨识；同时采用其他工况进行验证，实验和仿真温度误差小于0.1℃。另外，将热容和热阻转换为比热容和导热系数，并与其他文献中同类电池的参数进行比对，量级接近。研究结果表明，该方法可以有效解决层叠式软包锂离子电池热学模型参数辨识难的问题，且简便易行、成本低。     

提升某高体积比能量、热散失严重热电池工作时间研究

为攻克某热电池高体积比能量、散热严重的技术难点，本文通过选用不同锂含量的LiB负极、电解质类型、调节硫化物正极的配比，并改变热电池壳体外形设计来减少热散失等方法装配热电池进行性能实验研究，同时进行了稳态和瞬态热学仿真计算分析及热电池试验验证。结果表明，选择锂含量为55%的LiB合金作为负极，使用低熔点电解质，选择FeS₂和CoS₂比例为1∶1的MS₂复合正极以及减小壳体散热面积可以有效提升热电池工作时间，为小体积自带外结构体的热电池设计提供了一种指导思路。