动力电池热失控排气策略

为研究车用锂离子电池热失控后喷射气体的扩散过程,特选取CONVERGE的CFD代码对100%SOC状态下,方形三元锂离子电池做热失控电芯气体喷射仿真。采用示踪粒子标记法,分析了四种方案下热失控气体在电池包内部的扩散规律、堆积情况和电池包排气口处气体质量流量特性。研究结果表明：热失控气体喷射4.3 s时将扩散至箱体顶部,在顶部产生气体堆积后,再逐渐向四周散开,最快22.3 s气体就能扩散至整个箱体上半部分;箱体上排气口的设置会影响气体在电池包内部的扩散和堆积,比较四种方案发现,将排气口设置在箱体上半部分,并增加排气口数量,有助于气体排出电池包,减少内部气体堆积;仅依靠排气口无法将箱体内热失控气体全部排出,在电池包内部角落处可以观测到明显的气体堆积现象。     

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...     

基于正交试验的锂离子电池热失控仿真北大核心CSCD

锂离子电池热失控是由多种因素耦合而导致的结果,得到影响锂离子电池热失控影响因素的重要性程度对于提高电池安全性具有极大意义。对此,针对针刺导致的锂离子电池热失控,利用COMSOL软件仿真分析了不同针刺位置、速度、直径、SOC(state of charge)对锂离子电池单体针刺热失控影响,得到对单体电池热失控影响的重要因素。基于单体针刺热失控仿真结果,以4个锂离子电池单体组成的模组为研究对象,利用单因素仿真试验分析不同钢针直径R、电池SOC以及针刺电池个数N对电池模组热扩散影响;基于此,本文分析了针刺电池个数N、钢针直径R及电池SOC耦合作用热失控的正交试验。结果表明:相对于针刺位置、针刺速度对电池单体热失控影响,电池SOC和针刺直径R对电池单体热失控影响较为显著,且针刺直径R越小,单体电池热失控越剧烈;电池SOC越大,热失控时电池温度分布越不均匀;针刺直径R越大,模组热扩散需要时间越长;当SOC在100%~85%范围内时,模组内各电池单体的热失控最高温度变化较为明显;针刺电池个数N越大,模组热失控越剧烈,但位于模组中间位置的电池热失控最高温度有所降低。针刺电池个数N、SOC、针刺直径R对电池模组热失控温度和扩散时间的影响程度主次顺序为:N>R>SOC*R>SOC*N>N*R>SOC,其中,针刺电池个数N对电池模组热扩散影响最显著,且不同因素间的交互作用不容忽视。本工作为提高电池的安全性及电池设计提供了参考依据。     

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。     

磷酸铁锂离子电池模组热失控气体扩散仿真

为研究磷酸铁锂离子电池在泄压阀打开之后,释放的气体在模组中扩散行为,本文基于实际100％SOC磷酸铁锂离子电池模组尺寸建立1:1几何模型,模拟电池模组内部电池发生热失控、泄压阀打开及释放气体的扩散行为;通过FDS软件对其进行仿真研究,分析磷酸铁锂离子电池在热失控时释放H2、CO、CH4和CO2气体的扩散规律.研究结果表...     

储能锂离子电池预制舱热失控烟气流动研究

随着电化学储能的大规模应用,储能系统的安全事故时有发生。在储能系统中,锂离子电池一旦发生热失控,其产生的可燃烟气极易被点燃,从而造成起火、爆炸事故。大型储能系统的电池热失控和蔓延产生的烟气流动危害极大,且试验成本高。因此,基于模型对储能预制舱的热失控烟气流动行为进行研究具有重要意义。本工作针对方壳磷酸铁锂电池开展了热失控喷发产气的测试,获取了电池喷发的产气量和气体成分。以此作为模型输入,通过Flacs软件建立了兆瓦时级的储能预制舱模型,研究了预制舱内多种热失控情景下的烟气流动行为。仿真结果表明,电池热失控后舱内的可燃气体积受电池位置和失控电池数量影响。热失控电池小于3只时,模组位置越高可燃烟气扩散的面积越大;热失控电池多于3只时,随着电池数目增多,发生热失控的模组位置越低,可燃烟气扩散的面积越大。对于同一个高度的模组,不同的位置形成的可燃烟气体积基本一致,且电池室中的可燃烟气会扩散至控制室。此外,在预制舱两侧增加泄压板,可有效地将舱内可燃气体排出,但泄压效果受泄压板位置和泄压面积影响。     

锂离子电池模组热失控传播的结构因素影响分析

为优化锂离子电池模组的结构设计,通过热失控数值分析,结合COMSOL MULTIPHYSICS软件搭建了圆柱电池模组的三维热失控传播模型,研究不同排列结构和电池间隙下的热失控传播特性。结果表明：插排结构能有效降低热失控传播速率;增加模组中电池间隙,电池的热失控触发时间后移;在模组热失控后期,扩散速率加快。     

锂离子电池热失控多维信号演化及耦合机制研究综述

锂离子电池热失控问题是当前电化学储能电站安全的核心问题。准确详尽地掌握电池热失控过程是实现储能电站主动安全预警的前提。然而,锂离子电池是具有复杂非线性特性的电化学系统,其热失控过程将在多维物理场上表现出不同的信号特征,现有仅靠电压和温度等外特性信号的电池管理系统难以全面客观地监测电池的安全健康状态。因此,研究电池热失控过程中多维信号的演变及耦合机制具有重要意义。本文系统综述了锂离子电池热失控过程中的热、电、机械和气体四个维度的特征信号的演变规律,分析不同维度物理场信号之间的耦合特征,并展望基于多维传感信号融合的电池主动安全预警技术在储能电站的应用。     

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。     

过充、过热及其共同作用下车用三元锂离子电池热失控特性北大核心CSCD

锂离子电池作为目前电动汽车的主要能源电池,其在外界滥用条件下的热失控问题受到广泛关注,研究不同滥用下尤其是多种滥用共同作用下的电池热失控特性可有效提高电池使用安全性。本工作以车用50 Ah方型动力三元锂离子电池单体作为研究对象,利用大功率充放电循环仪和电加热装置,进行了1 C倍率过充、150 W局部过热及其共同作用下的电池热失控实验。对不同工况下热失控实验现象、质量损失、温度变化、升温速率变化、升温部位和电压变化等实验结果进行对比分析,结果表明:过充过热共同作用下电池热失控具有更大危险性,电池热失控时间比单一滥用减少约35%,热失控时电池SOC比过充减小约35%,电池电压会出现“持续上升—突降至零”现象。本研究可为车用三元锂离子电池热管理系统安全设计提供参考。     

基于锂离子电池热失控模型的电热耦合滥用条件分析

由锂离子电池热失控引发的各类安全问题是目前电动汽车和大规模储能电站继续推广的一大瓶颈.电、热滥用是引发电池热失控的关键原因,研究锂离子电池的热失控现象对保证锂离子电池安全运行意义重大.基于锂离子电池热失控模型,系统研究了充电倍率、环境温度和散热条件等因素对锂离子电池热失控过程中电、热响应特性的影响.结果表明,相较于常温下的过充热失控过程,在过充-过热耦合作用下,电池热失控SOC会有所降低,当处于极端高温环境时,热失控在电池未充满阶段即可发生.在过热及低表面换热环境下,充电倍率对电池热失控SOC影响不大;在过热及自然对流环境下,随着充电倍率增加,电池热失控SOC提高,热失控时间提前.本研究为可靠的电池安全预警技术开发提供了支持.     

细水雾释放策略对大容量三元锂离子电池热失控火灾抑制效果的实验研究

动力电池中,大容量三元锂离子电池产量大、热失控危险性高,使用细水雾抑制其热失控火灾的研究受到广泛关注。本文以150 Ah大容量三元锂离子电池为研究对象,使用10 MPa细水雾分别采取连续释放策略和脉冲释放策略进行热失控火灾抑制实验,对比分析不同释放时间、脉冲周期、占空系数等参数对热失控行为、温度及产热速率等实验结果的影响,结果表明:相比普通容量的锂离子电池,大容量三元锂离子电池的热失控过程会反复发生多次更为剧烈的燃烧行为,温升速率增幅明显,但细水雾对其仍有较好的火灾抑制效果,且释放时间越长,灭火效果与冷却效果越好,但连续释放策略仍存在复燃现象,且随着释放时间的增加,冷却效率的增幅逐渐趋缓。针对大容量三元锂离子电池,脉冲释放策略的热失控火灾抑制能力优于连续释放策略,其能够快速扑灭明火且不发生复燃,有效降低了产热速率和电池表面最高温度。在本文条件下,耗水量为10 L、周期为10 s的脉冲细水雾,在占空系数为0.3时存在冷却效果的实验最优值,此时的脉冲释放与相同耗水量下的连续释放相比,产热速率下降了28%,电池表面最高温度下降了176℃。本文可为大容量三元动力电池系统的灭火设施设计提供参考。     

锂电储能系统热失控防控技术研究进展

储能电站锂离子电池火灾事故频发引起了人们对锂离子电池热失控特性和防控技术的关注与重视。本文将储能电站锂离子电池在外部滥用条件下的热失控演化过程划分为3个阶段和6个过程,分别是热失控早期、热失控发生期、火灾初期3个阶段和放热、产气、增压、喷烟、起火燃烧和气体爆炸6个过程。整个演化过程各阶段并不是独立的,而是化学反应重叠交叉进行的。因储能电站火灾与传统火灾燃烧特性差异较大,需根据其热失控演化过程特点提出针对性的防控措施。本文梳理了近年来锂离子电池热失控特性和防控技术的研究进展,对锂离子电池热失控演化过程、监测预警技术、热失控抑制和灭火技术等方面进行了归纳总结与展望。     

磷酸铁锂和三元锂电池外部过热条件下的热失控特性

锂离子电池已广泛应用于储能和电动汽车中,但由于其易燃性,存在火灾和爆炸的风险.本文以单体40 A·h三元锂和72 A·h磷酸铁锂电池为对象,采用不同位置外部过热研究其热失控特性.实验结果表明磷酸铁锂电池在外部过热条件下不会引燃,而三元锂电池会自发引燃和喷射;侧面加热比底部加热能更早进入热失控;通过传热分析得到40 A·...