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。     

车用锂离子电池液冷式热管理系统实验研究

锂离子电池组的热管理对电动汽车的性能和安全性具有重要意义。基于多通道蛇形波纹管液冷式热管理系统,以200个18650型锂离子电池组为热管理对象,对电池在各种充放电倍率下所需的冷却液流量、泵功消耗以及热管理收益进行了实验研究。结果表明,热管理系统对动力电池在各种充放电应用条件下都具有较好的热管理效果,电池最大温度和最大温差基本可控制在40℃以下和5℃以内。提高冷却水流速对系统热管理能力的提升具有一定的效果,但是随着流速增大,热管理能力提升的边际效益也更趋明显;而系统运行所消耗的泵功增加导致了热管理收益随冷却水流速增加而大幅降低。从电池的性能安全以及热管理有效性的角度综合考虑,各充放电倍率下热管理系统的冷却水流速都是以保证电池安全和性能指标的最低流速为优。     

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.     

成组结构对锂离子电池相变热管理性能的影响

基于相变材料的锂离子电池热管理系统相对于基于风冷、液冷、热管的电池热管理系统,具有无外加能耗、结构简单、温度均匀性好等优势.电池排列方式及间距对模组散热性能影响较大,而通过改进成组结构提升相变热管理系统性能的研究较少.基于有限元方法建立电化学-热耦合模型,通过实验验证模型准确性,采用数值模拟方法,对平行、错列、交叉三种...     

锂离子电池热安全防控技术的研究进展

在众多储能技术中,锂离子电池以其能量密度大、能量转换效率高、循环寿命长、应用范围广、对环境友好等优势,成为当前最具应用前景的电力系统电池储能技术之一。但现有锂离子电池体系无法从本质上保证其安全性,在使用过程中具有发生热失控乃至燃烧、爆炸等安全事故的风险。本文就锂离子电池的热失控机理、电池本体的安全设计、安全预警、电池组热失控起火的阻燃装置以及消防安全的研究进展进行了综述。     

锂离子电池热失控防控技术研究进展

在当前的各类储能电池类型中,锂离子电池的能量密度、能量转换效率很高,循环寿命也较长,因此得到了相当广泛的应用.不过,锂离子电池在设计、制造、使用不当时,也存在一定热失控的概率.文中对近年来的锂离子电池热失控防控技术研究进展进行了梳理,从锂离子电池热隔离装置、热失控预警、消防安全等方面进行阐述,以期能为相关工作的实践提供...     

基于多尺度锂离子电池电化学及热行为仿真实验研究

层叠式锂离子电池由许多相同的电极对单元叠加组成,每个电极对内部的物理化学特性对电池性能有着重要影响,然而,这些性质很难通过实验来测量.本文通过耦合质量、电荷、能量和电化学动力学方程,提出了一种三维电化学-热耦合模型,利用该模型,研究了层叠式锂离子电池内部电化学行为及热特性的时空分布.仿真结果表明,在放电过程中,极耳与极...     

动力汽车用锂电池热管理系统仿真分析

为了研究动力汽车用锂电池温度场分布,建立了单体电池及电池组仿真模型,通过实验与FLUENT软件模拟验证的方式分析单体电池温度场。通过仿真分析讨论电池组温度场,采用三种不同的进出风方式进行空气强制冷却电池组,分析了进出风口有倾角与无倾角的不同温度控制效果,结果表明带有倾角的进出风方式有利于降低电池组最高温度。采用电池组壳体侧面开孔方式进行电池组热管理,可有效改善电池组放电过程的温度分布均匀性。     

面向实车应用的锂离子电池系统温度采集技术

电池模块的温度采集准确性是影响电池管理系统（BMS）控制策略,关系到动力电池安全和寿命的重要因素。为准确采集锂离子电池在实车应用过程中的温度,设计一个2P8S电池模块,选取模块的两个电芯,在其不同部位及其对应的高压铝排上布置温度传感器。通过搭建实验平台,将电池模块分别放置于25 ℃和0 ℃的环境温度,对电池模块运行整车常用工况电流,研究各温度采集点的温升表现和规律。结果表明,对于方壳电芯和圆柱电芯,温度传感器布置在高压铝排上是相对最优解。对于软包电芯,温度传感器布置在电芯本体表面更为合适。     

Thermal management of lithium-ion batteries using phase change materials

良好的热管理系统是电池安全及高效使用的保证,电池的热管理需要确保电池温度在安全温度范围以及电池组内最大温差不超过5 ℃.传统的热管理方式,如空气冷却,不仅需要额外的动力输入,而且越来越不能满足高能量密度的新型锂离子电池的热管理需要.使用相变材料的电池热管理系统,利用相变材料的相变潜热吸收电池产生的热量,在不使用外界功耗的条件下,可以长时间保持电池的温度在适宜的范围内.通过与膨胀石墨,金属泡沫复合,相变材料的热导率可以大大提高,电池组内体系温度均匀性可以满足工作要求.而且,相变材料的形状不固定,可以使用在任意形状的电池上.被动式热管理是应用于电池热管理系统中最具前景的技术.     

流动风阻网格模型与热仿真设计方法优化动力电池模组结构的研究

风冷系统因结构简单、成本低等特点,在热管理系统中占据重要地位。目前常规的风冷热管理设计方法存在重复性工作多、设计时间长的缺点。本文提出空气流动风阻网格模型结合热力学模型仿真的设计方法,先采用空气流动风阻网格模型获得优化的电池结构,再采用热力学模型进行仿真求解,获得优化的电池模组的流场和温度场分布特性。仿真结果验证了优化结构的准确性。优化结果表明,“C”字形结构更有利于提升模组内单体电池冷却效果的一致性,并且优化后的“C”字形结构进一步提升了电池模组内单体电池温度场的一致性。此外,计算结果发现模组内空气流动方向为上进下出时可进一步降低模组内单体电池的最高温度,提升单体电池温度场的一致性。