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.     

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。     

锂离子电池热失控产气特性及其可燃极限

锂离子电池热失控安全相关问题一直是困扰电动汽车发展的痛点.本文以SOC为50％、100％的某款三元18650锂离子电池为研究对象,通过试验及仿真研究了热失控过程的释放气体可燃极限、火焰传播特性.首先在加速量热仪内进行加热热失控触发实验,记录该过程中电池温度、压力变化,收集热失控过程中产生的混合气体并使用气相色谱仪分析混...     

相变材料与水套式液冷结构耦合的圆柱型锂离子电池组热管理仿真分析

针对圆柱型锂离子电池组散热问题,设计了一种新型的相变材料(PCM)-水套式液冷耦合散热结构模型.首先研究了电池组在PCM模型的散热下,不同电池间距对电池组表面温度的影响,并得出PCM模型的最佳电池布局.然后根据PCM模型的最佳电池布局,优化PCM-水套式液冷耦合散热结构模型,即找出PCM散热模型的最佳流道结构.通过仿真分析结果表明,在6流道结构模型下,电池之间的最佳间距为8 mm;PCM-水套式液冷耦合散热模型的效果最佳,在3 C和5 C高倍率放电时,电池组的表面最高温度分别为33.78、41.11℃,相比于同尺寸PCM散热模型的最高温度,分别降低了7.23、1.06℃.采用PCM-水套式液冷耦合散热模型,电池之间的最大温差均维持在5℃以内.结果表明:该新型的PCM-水套式液冷耦合散热结构能在一定程度上保证电池组的正常工作,并提高电池组的安全性和耐用性.     

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。     

增设通风孔的风冷式锂离子电池热管理系统数值研究

电池热管理系统的优化设计可以维持动力电池的高效性能,进而促进电动汽车产业的发展。本文采用CFD方法研究有通风孔的情况下,风冷式锂离子电池组在放电过程中的散热性能。研究结果发现,在电池组外壳增设通风孔可以明显提高整个电池组的冷却效果。风孔开设在主出风口的相反方向时,电池组的温升和温差最小。当风孔的面积与出口面积相等时,电池组的冷却效果最佳;继续增大风孔对电池组的冷却效果影响较小。最后探讨了空气进口温度和电池间冷却通道的变化对电池组散热效果的影响。采用在电池组外壳上开设多个通风孔的办法有助于电池热管理系统的冷却优化设计。     

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。     

基于液体介质的电动汽车动力电池热管理研究进展

电动汽车在节能减排上具有很大的潜力和优势,但其性能受动力电池的制约,而温度又会影响电池的安全和寿命。因此,为保证电动汽车的综合性能,需配置合理的电池热管理系统。由于液体冷却具有较好的降温效果,采用液体介质对电池进行热管理近年来逐渐引起重视。本文介绍了基于液体介质的电池热管理基本原理,综述了液体介质应用于电池热管理的研究进展,并重点介绍了新型热管在电池散热方面的应用,同时指出了目前液体介质冷却电池时存在的一些问题。     

低温环境下电池热管理研究进展

动力电池作为电动汽车（Electric vehicle, EV）的重要组件,在低温环境下存在能量密度和功率密度下降等问题。为提高低温条件下动力电池的性能,需要合适的电池热管理系统。本文介绍了动力电池在低温环境下的放电特性,整理归纳了现有的各种电池加热方式,并综述了低温环境下电池热管理研究进展,对电池低温下热管理的进一步研究具有指导意义。     

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。     

Exergy Analysis of Electric Vehicle Heat Pump Air Conditioning System with Battery Thermal Management System

The exergy analysis of an electric vehicle heat pump air conditioning system(HPACS) with battery thermal management system was carried out by studying the exergy loss of each component. The results indicate that the compressor is the main source of system exergy loss in all operation conditions. The exergy loss distribution of HPACS is almost the same when the battery thermal management system integrated into the HPACS in cabin and battery mixed cooling mode and the system exergy loss was linear...     

基于COMSOL的锂离子电池热失控仿真与防控

动力电池是新能源汽车关键部件,为进一步探究其热失控机理及影响因素,总结热失控发展过程,利用COMSOL软件构建锂离子电池单体模型,结合仿真实验结果详细分析其影响因素,并提出一款利用隔热罩、隔热盖板、隔热底座和可滑动扩容盒延缓热失控效果的可延缓热失控的汽车电池包。研究结果表明：热失控过程大致分为加热阶段、喷射和燃烧阶段、熄灭阶段,受4种副反应产热影响;在超过445.08K的高温环境下,长时间工作的锂离子电池易发生热失控,失控热源关键在正极活性材料与电解液分解反应;当电池实际温度超过500 K时,温度若无法及时控制将导致火灾事故发生;同时,对流传热系数越高,电池温度变化越快;初始温度越高,热失控可能性越大。     

汽车空调制冷剂直冷动力电池热管理系统的PID控制研究

电池热管理对电动汽车的安全和寿命至关重要。本文采用铝翅片铜管作为基础结构,设计一种结构紧凑、轻量型的18650型锂离子电池模组,采用基于PID原理的算法作为电动汽车空调系统电子膨胀阀的控制方案,实验研究R134a制冷剂直接气液两相流冷却电池模组的换热性能。结果表明：所提出的电池热管理系统能够快速响应温度的变化,并降低电池模组的温度。此外,当控制方案为动态温度PID算法时,电池模组以1 C倍率放电过程中电池之间的最大温差小于4℃,并且电池模组的最高温度低于36℃。