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。     

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。     

基于电化学-热耦合模型的锂电池热源分析

锂离子电池在使用过程中的产热情况会影响电池性能。以磷酸铁锂电池为研究对象,建立了三维电化学-热耦合模型,模拟了不同放电倍率下锂离子电池的平均温度及内阻变化情况,分析可逆热与不可逆热对电池产热的影响。随着放电倍率的增大,电池平均温度升高,内阻变大,电池外部与内部温度场呈不均匀化;可逆热与不可逆热是影响电池产热的主要因素。     

车用电池包风道设计与仿真

介绍了锂离子电池自身的热特性对使用性能的影响,分析了当前的锂离子电池热包所需要控制的温度目标。在此基础上对具体的某电池包采用风冷的热管理方案,通过理论和仿真分析,对具体的电池包的风道进行初步设计。该方法可以为其他类似的热管理设计提供一定的参考。最后对现有锂离子电池包风道设计的不足之处进行总结并提出可能的改善目标。     

动力锂离子电池热失控燃烧特性研究进展

频发的电动汽车火灾事故引起了对动力锂离子电池燃烧特性与火灾消防的日益重视。在动力锂离子电池起火燃烧演进的三阶段划分中,首先是外部滥用条件引发了动力锂离子电池内部材料化学反应的自我加速过程,随着化学反应放热累积和产气气体增加,导致在一定的压力下动力锂离子电池进入释放阀打开进入泄气过程,最后释放气在多种着火源引导下进入起火燃烧过程。事实上,在动力锂离子电池的热失控燃烧过程中,这三个阶段并非完全割裂,是一个复杂的并列发生现象。与传统的火灾相比,动力锂离子电池的燃烧有其特殊性,如燃烧受控条件涉及化学反应释放的热量、动力锂离子电池电能内短路后转化生成的热量、动力锂离子电池材料体系中的可燃成份、动力锂离子电池泄气中易燃气体组成等。综述动力锂离子电池热失控的演化进程、泄气的组分与浓度及毒性、动力锂离子电池单体和模组的燃烧放热量和放热速率以及燃烧过程的质量损失等燃烧特性、电池包的火灾蔓延特点与灭火剂筛选原则。针对动力锂离子电池火灾的机理及特点,总结现有研究中存在的不足、可能的改进措施以及研究尚未涉及的关键研究点。     

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...     

不同挤压载荷下圆柱形锂离子电池的失效机理试验研究

为满足电动汽车动力电池组耐撞性设计的要求,对不同机械滥用工况下锂离子电池单体的失效机理进行了试验研究.通过对三种不同容量的NCR18650圆柱形锂离子电池进行局部压痕和平面压缩加载试验,研究了锂离子电池样本的力-电-热响应,给出了失效电池样本的横截面破坏形式,具体讨论了加载形式和电池容量对锂离子电池失效的影响.研究结果...     

电动车供电单元的性能分析与仿真研究

针对电动车供电单元的控制温升问题,对电动汽车供电单元锂离子电池包的热特性进行了分析,对锂离子电池建立了数学模型,提出了锂离子电池的仿真研究方法。通过对锂电池内部结构的研究,了解其生热机理,采用Fluent软件,对电池的三维热模型进行了分析。分别仿真了在不同放电倍率和对单体电池温升的影响和不同温度对1C放电倍率的单体电池温升的影响,并将仿真结果进行了比较。研究结果表明,电池组的温升主要与充放电的倍率、电池所处的环境温度有关。充放电倍率越大,单体电池温升越快,且初始温度越高,相同放电倍率的单体电池温度越不均衡。     

[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。     

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。     

激光焊接在锂离子电池制造的应用研究

随着新能源电动汽车的发展,具有出色充、放电性能,高能量和高功率密度的锂离子电池成为当前重要发展方向之一。焊接质量的好坏决定了电池的密封性、一致性、安全性以及使用寿命等,如何提高焊接质量和效率是制约锂离子电池制造的关键因素。激光焊接作为新型焊接方法的一种,具有热影响区小、能量密度高、焊接速度快、加工精度高等优势,被广泛应用在锂离子电池焊接中。研究激光焊接锂离子电池的工艺规律以及激光焊接设备,具有重要的理论研究价值和广阔的应用前景。     

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.     

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。     

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。     

锂离子电池热物性参数测量方法综述

锂离子电池的比热容和导热系数是电池热管理系统建模、仿真与控制的必要的热物性参数,是决定模型性能的关键因素。采用参数集总平均方法计算的电池热物性参数依赖电池的化学物理成份、机械结构、材料尺寸和制造工艺等,其准确性和适应性存在问题。通过文献调查,归纳总结锂离子电池的比热容和导热系数的测量方法及其影响因素。分析表明,电池比热容和导热系数常采用独立的试验进行测量,可分为标准仪器(程序)法和自制测量装置法,成本、复杂性、测量误差存在差异。电池比热容和导热系数受到包括电芯材料、形状、容量、SOC、SOH和温度等的影响,比热容与电池形状密切相关,而导热系数受到SOH的影响更严重。测量锂离子电池的热物性参数的方法应具有可重复标定、低成本、装置体积小、结构简单和影响因素充分考虑的特点。     

锂离子单体电池热特性仿真分析

在电动汽车行驶时,电池组持续发热,电池组内部会集聚大量的热,从而导致电池的工作温度超过正常范围,造成了一定的安全隐患。鉴于此,选取了一种电动汽车常用的锂离子电池组作为研究对象,对其单体锂电池热特性进行了仿真分析,并探讨了其散热性能。结果表明:锂离子电池最佳工作温度为298～313 K,并且单体放电倍率为2C时,就达到了电池温度的工作极限范围,需要进行快速散热处理。     

磷酸铁锂电池老化后的产热规律研究

锂离子电池的热安全性是制约电动汽车发展的重要因素之一,探究其产热特性是锂离子电池热管理的基础。而在现有的研究中,多忽略了电池老化对产热的影响,故以某圆柱形Li Fe PO4电池为研究对象,建立电化学-热-老化耦合模型,探究不同充电倍率以及环境温度对电池老化后产热特性的影响规律。结果显示,保持放电倍率恒定,以不同的充电倍率循环后,充电倍率越小,电池老化越严重,老化后的放电产热功率越高;环境温度越高,电池老化速率越快,放电产热功率越高,4000次循环后,313 K条件下的电池放电平均产热功率比283 K高约8.5%。     

基于CFD的锂离子动力电池箱散热分析

建立了锂离子电池的热特性模型,将电池内部复杂的层状结构当作一种均质的各向异性材料,求得电池的平均热特性参数.利用ANSYS ICE-PAK计算流体动力学软件对强迫风冷电池箱内的流场和温度场进行了仿真分析,并且对通风冷却方案进行了优化.同时研究了放电倍率、风扇风量和风道尺寸等因素对电池箱温度场的影响.     

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。     

纳米材料阳极涂布

韩国学者开发成功一种纳米材料阳极涂布技术，能够提高在目前手机等电子设备广泛应用的锂离子电池的电压，并增强电池的热稳定性。采用该新技术制造的锂离子电池阳极使用寿命可提高20％左右。新技术成果的产业化开发已经完成。[第一段]