三元锂离子电池高温热失控试验与仿真研究

发布时间：2021-04-09 04:29

　　锂离子电池尤其是高镍三元锂离子电池,因具有优异的综合性能,已经成为电动汽车能量源的最优选择。然而,由锂离子电池热失控引发的电动汽车安全事故频繁发生,严重阻碍了锂离子电池在电动汽车领域的商业化发展。因此,针对锂离子电池热安全性开展研究具有重要意义。本文以某电池厂商提供的高镍三元材料的车用锂离子电池（NCM811）作为研究对象,采用高温热失控试验与仿真模拟相结合的方法,研究了锂离子电池在不同工况（SOC=0、25%、50%、75%和100%）下发生高温热失控时所表现出的热特性,开展工作如下:首先,分析了锂离子电池的结构组成、工作原理和正常工作状态下的生热机理与传热机制,同时对锂离子电池热失控的发生机理、产生原因和主要副反应类型等进行了系统研究。然后,利用绝热加速量热仪（ARC）的加热-等待-搜索（Heat-Wait-Seek）模式,对五组工况（SOC=0、25%、50%、75%和100%）下锂离子电池发生高温热失控时的热特性参数开展研究。试验结果表明:（1）锂离子电池发生高温热失控时的自产热起始温度受电池SOC值的影响较小,主要受SEI膜分解的作用;（2）热失控触发温度随着电池SOC值的增... 

【文章来源】：青岛大学山东省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电动汽车安全事故现场

青岛大学硕士毕业论文 NCM523、NCM622 和 NCM811 等，其中后面的数字代表三者的比例。在人们对电动汽车高续航里程的追求下，高能量密度的电池在电动汽车上应用越来越多，高镍体系的 NCM811 电池有望主导未来电动汽车动力电池市场。 本章以 2.5Ah 的 NCM811 锂离子电池单体为试验研究对象，该电池满足电动汽车用锂离子电池标准要求，试验前的电池形貌如图 3.2 所示，电池正极为高镍三元材料，负极为石墨材料，外壳为金属材料，电池正极顶部设有安全阀，正负极处没有接线柱，需要使用电焊机进行焊接。电池的详细规格参数如表 3.1 所示。

青岛大学硕士毕业论文22表3.2试验设备参数设备名称型号生产厂家绝热加速量热仪BTC130英国HEL充放电测试仪MCT8-50-05青岛美凯麟恒温恒湿箱BTT-1500广东贝尔电焊机JH-800点点精悍图3.3绝热加速量热仪图3.3为绝热加速量热仪（ARC）设备外观，仪器主要由密闭绝热炉腔和实现绝热功能的控制系统构成，密闭腔体的内径为130mm，高度为200mm，腔体内部上中下位置均设有加热器和温度传感器，通过加热器的补偿热量来为试验样品提供绝热环境，通过热电偶随时监测腔体内部温度变化，试验过程中需要将待测电池置于腔体内并用细钢丝固定，腔体上方的盖子闭合时需要额外加一层石棉进行隔热。绝热加速量热仪在H-W-S模式下的工作原理如下所述[62]：加热炉的辐射加热器将炉体加热至起始温度，由于炉体与样品之间热平衡需要一定的时间，仪器进入等待模式，使得炉体与样品达到热平衡；等待时间结束后，仪器进入搜索模式，系统通过比较探测到的样品升温速率和预先设定好的温度灵敏度（例如0.01℃/min）来判断样品是否存在放热现象，若样品升温速率大于设定的灵敏度则仪器进入绝热状态并同时记录此时系统的温度、升温速率等数据；若小于，则仪器进入加热状态，继续温度爬坡，开始下一轮的H-W-S模式，直到检测到放热或者达到预先设定的最高终止温度结束试验。绝热加速量热仪的工作模式逻辑如图3.4所示。


本文编号：3126917