【摘 要】
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锂离子电池因其具有能量密度高、循环寿命长等优点,已经成为电动汽车能量存储的首要选择。然而锂离子电池可能在挤压或碰撞等因素影响下出现热失控,随后电池模组内会发生热失控蔓延,甚至引发火灾或爆炸,严重制约着电动汽车行业的发展。因此,设计高效的电池热失控蔓延防控系统,防止电池模组内发生热失控蔓延是电动汽车及动力电池领域的热点研究问题。本文研究工作围绕以下两点关键内容展开,第一是建立快速准确的电池热失控蔓延
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锂离子电池因其具有能量密度高、循环寿命长等优点,已经成为电动汽车能量存储的首要选择。然而锂离子电池可能在挤压或碰撞等因素影响下出现热失控,随后电池模组内会发生热失控蔓延,甚至引发火灾或爆炸,严重制约着电动汽车行业的发展。因此,设计高效的电池热失控蔓延防控系统,防止电池模组内发生热失控蔓延是电动汽车及动力电池领域的热点研究问题。本文研究工作围绕以下两点关键内容展开,第一是建立快速准确的电池热失控蔓延模型,第二是结合该模型进行电池系统热安全设计。具体内容如下:首先,分析了锂离子电池的内部结构组成和工作原理,并对锂离子电池热失控的诱因、机理和主要副反应产热过程等进行了系统研究。然后,利用绝热加速量热仪对不同荷电状态和不同老化程度下的锂离子电池进行了绝热热失控实验研究,在实验中记录了锂离子电池热失控过程中电压、温度与温升速率的数据,并根据实验数据对不同荷电状态和不同老化程度下锂离子电池热失控过程中所表现出的热特性差异进行分析和总结。之后,基于实验得到的电池绝热热失控温度特性,得到了电池绝热热失控模型,进一步考虑电池之间的传热关系,建立了电池组集总参数热失控传播模型,并验证了模型的准确性。最后利用模型仿真分析了热失控蔓延规律,发现触发热失控的电池越多,热失控的传播速度越快,危险程度更高。靠近电池中心触发的热失控传播比位于边缘区域触发的热失控传播更危险。最后,建立了抑制热蔓延的集总参数热管理模型,并在相变材料的基础上加入了液冷小微通道,采用相变材料与小微通道相结合的热管理系统用于抑制热蔓延,结果表明单节电池周围的流量为0.1L/min、相变材料含量为20g时可以抑制住热失控的传播,说明该系统具有可行性,能够解决电池组的安全性问题。
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