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首页> 中文期刊> 《消防科学与技术》 >三元锂离子电池直径和荷电状态对热失控传播影响研究

三元锂离子电池直径和荷电状态对热失控传播影响研究

         
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随着我国新能源汽车的不断发展,锂离子电池作为新能源电动汽车最重要的储能设备,由于其能量密度高的特点,存在着燃烧迅速、爆炸并触发相邻电池热失控传递的热安全危险,制约着更规模化的应用和推广,严重威胁着人员的生命财产安全。电池的热失控主要与其电池形状、荷电状态、连接方式等有关。而在不同荷电状态和不同直径的耦合条件下的电池热失控研究是提高锂电池安全性能的研究重点。为了探究锂离子电池热失控传播过程的主要影响机制,采用不同直径(10440型、14500型、18650型、21700型、26650型和32650型)和不同荷电状态(50%、70%、100%)的三元锂离子电池为研究对象,考察其在一维线性排列方式下的热失控传播时间及热失控空间传播速率变化特征,进而深入分析电池直径和荷电状态对热失控传播时间及热失控空间传播速率的影响机制。采用实验数据、传热学理论以及无量纲分析相结合的方法建立了阻断电池热失控传播链的计算模型,进而预判电池间的热失控传播时间,结合无量纲分析得到了不同荷电状态(50%、70%、100%)电池热失控传播时间与电池直径(10,14,18,21,26,32 mm)的特征关系,提出了一维排列方式锂离子电池热失控传播时间的预测模型。实验研究结果表明:当电池荷电状态(SOC)一定时,电池直径越大,总热阻随之增高,进而导致热失控传播时间增大和空间热失控传播速率减小。在总电能相同的条件下,锂离子电池的荷电量越大,产热量也随之越大。电池直径对电池热失控传播过程的影响主要取决于电池传热过程中热阻的变化,采用集总模型理论、傅里叶理论和界面连续性条件,建立整个锂离子电池模组的热阻公式,并通过公式推导出锂离子电池荷电状态与电池产热量之间的关系。研究结果表明:当电池直径一定时,模组内电池热失控过程的总产热量随着电池荷电状态的增大而增大;在高温环境下,电池之间的热失控传播速率也将随之大幅提升。本文通过在锂离子电池的热失控传播时间段设计阻断传播链的计算模型,进而预判电池间的热失控传播时间,结合无量纲分析系数拟合得出电池荷电状态在50%、70%和100%时,单体电池间的平均无量纲热失控传播时间与电池宽高比、电池荷电状态之间的关系,提出了模组内相邻单体电池间热失控传播时间预测模型。

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