锂离子电池热失控特性及电池火抑制过程

为了研究大容量锂离子电池不同种类的热失控特性以及水喷雾对电池火的抑制效果,选用75 A·h锂离子动力电池为研究对象,通过底部电热炉加热诱导电池发生失控反应,并使用水喷雾研究其对电池火焰的抑制过程.结果 表明:在底部功率2 kW且温度为500℃下,锂离子电池平均经过4800s加热后发生热失控现象,热失控共分为五个阶段:受热膨胀、大量烟气释放、形成喷射火、稳定燃烧、自然熄灭.电池表面热失控触发温度为144℃,热失控过程中表面和内部温度最高可达536.8℃和910.1℃,并出现了电压回升现象;水喷雾无法阻止内部反应的进行,可能出现喷射火或复燃现象,在水喷雾的持续作用下能够有效熄灭锂离子电池火焰.研究结果可为锂离子动力电池检测系统和灭火规范提供数据支撑.     

低压环境下锂离子电池热失控特性研究

针对锂离子电池航空运输过程中热失控安全问题,设计并搭建了锂离子电池热失控实验室平台。在常压和低压环境下,对电加热触发锂离子电池热失控的特性进行了实验研究。通过实验数据的分析发现,锂离子电池在低压环境下的热失控行为与常压下有很大区别,几乎没有燃烧阶段。低压环境下,锂离子电池热失控过程中池体温度和喷射口温度低于常压环境。通过低压下锂离子电池热失控喷射特性的研究,可为航空货运锂离子电池的安全性研究提供数据支撑和理论支持。     

航空机载锂离子电池热失控特性研究进展

 航空机载条件下锂离子电池的热安全问题是制约其在航空领域应用的关键因素,相关科学问题是国内外的研究热点。从锂离子电池及其产品在航空应用及运输过程中的热安全问题出发,综述了航空低温、低压及封闭空间下电池热失控行为及机理的研究,分析了电池在相应体系下的热失控温度、热失控时间、热释放速率、质量损失、热失控蔓延等热失控特征行为及规律,提出今后的研究应聚焦在航空低温、低压环境协同作用下锂离子电池的热失控行为及机理方面。     

低压环境下锂离子电池的热失控特性分析

针对锂离子电池航空运输过程中热失控安全问题,设计并搭建了锂离子电池热失控实验室平台。在常压和低压环境下,对电加热触发锂离子电池热失控的特性进行了实验研究。通过实验数据的分析发现,锂离子电池在低压环境下的热失控行为与常压下有很大区别,几乎没有燃烧阶段。低压环境下,锂离子电池热失控过程中池体温度和喷射口温度低于常压环境。通过低压下锂离子电池热失控喷射特性的研究,可为航空货运锂离子电池的安全性研究提供数据支撑和理论支持。     

锂离子电池热失控多米诺效应实证研究*

针对锂离子电池热失控多米诺效应模型未进行实验验证导致可信度低问题,设计搭建了锂离子电池热失控实验舱。围绕锂离子电池热失控多米诺效应模拟存在的三个突出问题,设计实验方案开展实验验证研究。通过实验数据与模拟对比分析,证实一节锂离子电池热失控可以触发多米诺效应使全部锂电池发生热失控;针对模拟存在燃爆时间点比实验提前35.7%、层级燃爆时间间隔比实验增长30.97%,燃烧持续时间比实验减少31.82%的缺陷,提出在模拟中增加外部网格的改进意见;通过实证研究改进后的锂电池热失控多米诺效应模拟模型可用于工程实际。     

低压环境下18650型锂离子电池热失控特性

针对航空货运锂离子电池的特殊环境,以及运输过程中热失控安全问题,自主设计搭建锂离子电池热失控实验平台,在康定机场（4290m,60kPa）高高原航空安全实验室开展实验。主要研究热失控过程中不同荷电量锂离子电池温度变化、氧消耗量、CO和CO2生成量以及开路电压变化情况。通过低压环境下锂离子电池热失控的研究,为航空货运锂离子电池的安全性提供了一定的理论支持。     

锂离子动力电池传感器多故障诊断策略综述

锂离子电池作为新一代可充电电源,具有能量密度大、安全性能高等优点,显示出了广阔的市场前景。但锂离子电池在运行过程中会发生各种内、外部故障,所以锂离子电池安全问题一直备受关注。锂离子电池里的传感器正常运行是保证对电池系统实时监测的关键,但是传感器故障微小且不易察觉,并且故障具有关联性、并发性的特征,可能引起多故障的发生,进而触发热失控的风险。所以如何保证传感器精确、快速的进行锂离子电池故障检测与诊断是确保安全稳定运行的关键。本文首先从锂离子电池结构出发总结了锂离子故障的类型及成因,并详细分析了传感器故障和多故障产生的机理。然后,对锂离子电池从单体电池到电池包所涉及的传感器故障和多故障诊断策略进行全面的阐述,并且分析了可能成为未来发展趋势的传感器多故障协同诊断策略和电池新模式下的故障诊断方式（如气体检测等）。最后,以全文锂离子电池的传感器多故障研究的重难点,提出了传感器多故障诊断未来可能的研究方向。     

低压下锂离子电池热失控火焰特性研究

针对锂离子电池航空运输需求不断增大,而低压环境下锂离子电池热失控火焰特性研究甚少的现状,设计了60kPa、80kPa、100kPa三种压力下的锂离子电池热失控实验。在常压和低压环境下,对电加热触发的锂离子电池燃烧火焰特性进行了实验研究。实验结果表明,锂离子电池热失控的燃烧的火焰高度与普通池火不同,锂离子电池燃烧的火焰高度会随着时间而降低。随着压力的降低,锂离子电池热失控的火焰高度和燃烧时长都呈现出降低的趋势。 本文研究可为低压下锂离子电池热失控火行为的研究提供指引和支撑。     

锂离子电池热失控研究综述与文献计量分析

近年来,随着电动汽车行业的大力发展,锂离子电池作为电动交通工具储存和转化电能的重要载体大量涌入市场,但在使用过程中存在过充放电、局部过热以及外部挤压碰撞等滥用情况,可能会导致其性能下降,甚至引发热失控等安全问题。为此,对当前中外锂离子电池热失控的研究进展进行了综述总结,并通过VOSviewer可视化软件对发文量、期刊分布和关键词等进行分析。结果表明:当前锂离子电池的热失控是限制其发展的关键因素,目前主要从电池正极材料改性、电解液中添加阻燃剂、电池热管理设计三方面来提升锂离子电池的安全性。     

NCM三元锂动力电池热失控研究

为了提高锂离子动力电池使用安全性,减少因电池热失控引发的电动汽车安全事故。以电动汽车用NCM三元锂电池为研究对象,利用COMSOL软件建立了三维热滥用模型,仿真分析锂离子电池的热失控行为。结果表明:炉温175℃,在5600s时出现热失控。炉温为165℃,在7200s时出现热失控;炉温为160℃时未出现热失控。自然对流换热的情况下,电池在10250s时出现热失控,散热条件良好时未发生热失控。当正极材料和电解液的分解温度在170℃和200℃时,电池发生热失控。     

温升速率影响空运锂离子电池热失控多米诺效应实验研究

为探究不同温升速率对空运锂电池热失控多米诺效应的影响,通过自主设计搭建的锂电池热失控实验平台,开展锂电池模组间热传播规律研究。结果表明,随着加热装置温升速率从10 °C/min提高至60 °C/min,锂电池模组的热失控开始时间从1 632 s提前至386 s。以模组中第三节电池热失控作为多米诺效应形成判断依据,基于二分法确定其临界温升速率为29 °C/min。该研究可用于指导航空运输的锂电池热灾害安全防控。     

电动汽车锂离子电池管理系统的关键技术

 锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、寿命长、环保等特点,已经在电动汽车中获得应用。但电动汽车锂离子电池组的容量大、串并联节数多、安全工作区域有限,需要电池管理系统对其进行有效控制与管理,以充分保证电池的安全性、耐久性和动力性。电池管理系统由各种传感器、执行器、控制器等构成,其关键技术包括:传感器的精度及传感器之间的同步技术、电池单体及电池组的状态(荷电状态、健康状态、功能状态、能量状态、安全状态等)估计技术、电池组一致性辨识与均衡技术、安全充电和故障诊断技术。为了研发先进的电池管理系统,首先要对锂离子电池性能进行测试研究,确定影响其性能的主要因素及变化规律;然后采用基于机理、半经验或经验的建模方法建立电池系统模型,设计基于模型的电池系统状态估计及性能优化管理算法,并进行系统集成和应用开发,以保证在电池安全可靠运行的前提下发挥出最佳的动力性能。     

电池充电状态和电压/温度异常联合故障诊断

电池安全问题是阻碍新能源汽车退役电池梯次再利用的关键因素,而电荷状态、电压和温度是判断电池安全状态的重要参数。基于此,提出基于实车数据的电池联合故障诊断。首先从实车数据平台获取数据,经过数据的预处理和螳螂算法优化K近邻(dung beetle optimizes K-nearest neighbor, DBO-KNN)算法进行特征提取,然后将提取的特征输入到建立的差分整合移动平均自回归(autoregressive integrated moving average model, ARIMA)故障诊断模型中,实现对电池单体的低压和过压的实时诊断和精准定位,最后通过电压、电池荷电状态(state of charge, SOC)和温度进行联合判断是否有触发热失控的风险,根据危险程度发出不同的报警等级。算例分析了故障特征提取准确率高达98.97%,不仅能精准定位单体发生异常的位置,还能提前9 s发生报警,有效预防了电池发生热失控的风险,验证了本文方法的有效性。实现了工程实际应用方面的较好效果,为未来动力电池梯次循环利用以及安全预警平台的研发奠定了基础。     

复合金属氧化物正极材料 Li(CoxNiyMn1-x-y)O2高功率锂离子动力电池的试制及电化学性能的研究

用化学方法合成用于锂离子动力电池正极的新型高电压高容量复合金属氧化物材料Li(Co_xNi_yMn_1-x-y)O₂试制了具有良好热稳定性的高功率 8 Ah 锂离子动力 电池。在研究了该电池的电化学性能后, 研制了用于混合动力电动车辆的电池系统并进行了车载实验。结果表明该 电池系统在深度放电条件下不仅显现出十分优越的循环性能和一致性, 经过模拟工况测试后的数据还表明单体电池升温最高仅为 5℃, 即电池系统还具有良好的热稳定性, 因此该电池系统是适合用于混合动力电动汽车的。     

基于电化学机理模型的锂离子电池早期内短路电热特征研究

锂离子电池的内短路故障是诱发其热失控的主要原因之一,早期内短路特征研究能够为电池管理系统的故障诊断和安全预警提供支撑,对提高电动汽车的安全性具有重要意义。构建了锂离子电池内短路电化学机理模型,实现了不同内短路阻值下的锂枝晶内短路故障模拟。结果表明,由锂枝晶导致的电池内短路产热98%以上来源于正负极产生的焦耳热,早期内短路过程中正负极集流体表面的温升小于1.5 K,不显著的外部热特征无法用于早期内短路故障诊断。与正常电池相比,内短路故障将使得电池充电速度变慢,放电速度变快,端电压异常下降,上述电特征可以为构建早期内短路故障诊断方法提供依据。     

基于多指标评估云模型的车载动力锂电池火灾风险研究

为了探究多影响因素下车载动力锂电池火灾风险特性,确保其安全运行,本文采用基于多指标熵权云模型的评估方法,探讨了不同风险层级下的风险指标隶属度特性,并提供了风险预防措施。结果表明,所选型号动力锂电池在风险等级Ⅲ以下的隶属度为0.684,风险整体处于可控范围;动力锂电池火灾风险事故中,发生可能性排名前五的风险指标中客观风险因素占80%,但客观风险因素发生的可能性小于人为诱发因素,后者平均维持在前者的62%左右;构建风险评估体系中电池类风险指标数达40%,其风险期望值相较其他风险因素低,可在电池生产阶段对所属的风险指标进行改进;电动汽车运行过程中对动力锂电池火灾风险影响最大的三个风险因素分别为气温过高、过充、事故撞击。