立方体锂离子电池过充危险性研究及其热模型分析

发布时间：2017-07-08 12:03

  本文关键词：立方体锂离子电池过充危险性研究及其热模型分析

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【摘要】：作为目前应用最广泛、各方面性能最好的可充放电电池,锂离子电池有着很好的应用前景,然而由于过充引发的爆炸事故却屡见报道,安全性问题已经成为不可忽视的一方面。因此,对于锂离子电池过充后热失控与火灾危险性的分析尤为重要,这不仅有助于更好的了解锂离子电池发生热失控原因以及火灾根源,还可以更好的知晓锂离子电池发生爆炸的行为表现及具体危害,从而有助于研发人员在研制阶段更好的考虑到电池体系的安全性,保护使用者的人身和财产安全,同时也为实现中等容量的锂离子电池产业化提供理论依据和技术支撑。本论文全面介绍与总结中等容量的锂离子电池的基本安全特性,并通过过充实验和仿真技术分析锂离子电池的热特性,可以为从事锂离子电池相关研究的研究人员提供指导。1)对锂离子电池的发展、工作原理和电池构成等方面进行了介绍,并对锂离子电池过充机理及过充过程中的热特性等研究现状进行了总结。2)通过设计中等容量的锂离子电池的过充实验,分别使用红外热像仪和高速摄影仪记录在过充阶段中锂离子电池的温度变化以及电池本体的膨胀破裂,和喷射火焰的相关情况,为后期分析电池的过充火灾行为做实验基础。3)通过使用ANSYS软件,建立中等容量的立方体锂离子单体电池及其电池组的模型,研究锂离子电池在过充状态下的热特性,通过分析比较不同过充倍率下锂离子电池的热特性数据,探究电池的生热规律并加以总结,给电池设计者以参考。4)通过使用爆炸理论与事故树分析的方法,分析锂离子电池在过充条件下的爆炸机理,并通过对电池爆炸后喷射火焰的阶段进行划分,对火焰的破坏效应进行详细而准确的分析,为电池的安全使用提供建议,为锂离子电池的安全设计提供科学依据。
【关键词】：锂离子电池 过充 热失控 火灾 安全性 仿真分析
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 本文的研究背景11-12
• 1.2 国内外的研究现状12-14
• 1.2.1 锂离子电池热特性研究现状12-13
• 1.2.2 锂离子电池过充研究现状13
• 1.2.3 锂离子电池的火灾危险性13-14
• 1.3 本文的研究方法14
• 1.4 本文的研究内容14-16
• 第2章 锂离子电池的过充特性及热分析方法简介16-23
• 2.1 锂离子电池的基本原理与组成16-18
• 2.1.1 锂离子电池的概述16
• 2.1.2 锂离子电池的工作原理16-17
• 2.1.3 锂离子电池的特点17-18
• 2.2 锂离子电池的过充特性18-19
• 2.2.1 锂离子电池在过充条件下存在的安全问题18
• 2.2.2 锂离子电池的过充机理及危害研究现状18-19
• 2.3 热分析方法简介19-22
• 2.3.1 基本的热分析方法19-20
• 2.3.2 有限元方法（FEM）简介20-21
• 2.3.3 ANSYS简介21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 锂离子电池的过充实验23-33
• 3.1 实验原理23
• 3.2 实验条件23-27
• 3.2.1 电池材料及相关性能参数23-24
• 3.2.2 电池供电系统24-25
• 3.2.3 红外热像仪25-26
• 3.2.4 高速摄影26-27
• 3.2.5 同步触发信号装置27
• 3.3 实验内容27-28
• 3.4 实验结果28-32
• 3.4.1 爆炸温度28-30
• 3.4.2 爆炸火球30-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 锂离子电池过充下的热效应分析33-54
• 4.1 热模型建立的必要性33
• 4.2 导热微分方程的建立33-36
• 4.2.1 理论基础—傅里叶定律、热力学第一定律33
• 4.2.2 直角坐标系下导热微分方程的推导33-35
• 4.2.3 单值性条件35-36
• 4.3 三维锂离子电池热模型的建立36-38
• 4.3.1 导热微分方程的确定36-37
• 4.3.2 边界条件的确定37
• 4.3.3 内部生成热的讨论37-38
• 4.4 立方体锂离子单体电池及其电池组热效应分析38-42
• 4.4.1 实际问题简化38
• 4.4.2 相关参数的确定38-39
• 4.4.3 ANSYS软件求解的过程39-42
• 4.5 不同充电倍率下单体电池和电池组的热分析比较42-53
• 4.5.1 2C充电倍率下单体电池和电池组的热分析比较43-46
• 4.5.2 3C充电倍率下单体电池和电池组的热分析比较46-48
• 4.5.3 4C充电倍率下单体电池和电池组的热分析比较48-50
• 4.5.4 5C充电倍率下单体电池和电池组的热分析比较50-52
• 4.5.5 不同充电倍率下单体电池和电池组的热分析纵向比较52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 锂离子电池安全问题及热失控危险性分析54-65
• 5.1 锂离子电池燃烧三角形理论及爆炸分析54-56
• 5.1.1 锂离子电池火灾三要素分析55
• 5.1.2 锂离子电池热安全分析55-56
• 5.2 锂离子电池爆炸的事故树分析56-58
• 5.2.1 锂离子电池火灾爆炸事故链56-57
• 5.2.2 事故树分析57-58
• 5.3 锂离子电池热失控危险性分析58-62
• 5.3.1 锂离子电池火灾行为阶段划分58-59
• 5.3.2 电池上方射流火焰温度变化59-60
• 5.3.3 火焰尺寸及火灾对电池的破坏分析60-62
• 5.4 锂离子电池爆炸预防措施62-63
• 5.4.1 设置锂离子电池安全装置62-63
• 5.4.2 锂离子电池充电注意事项63
• 5.5 本章小结63-65
• 结论65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69

【参考文献】

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1 庞静;卢世刚;刘莎;;锂离子电池过充特性的研究[J];电化学;2005年04期

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本文编号：534429