车用锂离子动力电池热-电滥用下热失控特性研究
发布时间：2021-09-12 15:46
锂离子电池热失控造成的新能源汽车起火问题已是行业发展的痛点,严重地威胁着人民的生命和财产安全,已经成为了制约新能源汽车发展的瓶颈性问题,并阻碍了新能源汽车的大规模应用和推广。本文以三元锂离子动力电池为研究对象,考虑了锂离子电池热失控时内部的反应机理及产热,建立了外部热滥用下锂离子电池热失控模型和电滥用下锂离子电池热失控模型,并把温度作为耦合要素,建立了锂离子电池热-电滥用热失控模型,分析了不同参数对锂离子电池热特性参数和电化学参数的影响,揭示锂离子电池在不同滥用情况下的热失控特性和发展规律。（1）介绍了锂离子电池的工作原理,从传热的角度说明了锂离子电池产热与传热的机理,分析了锂离子电池热失控的触发因素,并创新性地把引起锂离子电池热失控的诱因分为瞬态突变和量质积累两种情况;说明了锂离子电池副反应的产物,重点说明了外部热源滥用下触发锂离子电池热失控的特性,阐述了不同副反应的化学动力学模型。（2）建立了锂离子电池三维分层的物理模型,然后分别通过热滥用和电滥用对其进行触发热失控,分析其热失控特性和发展过程。在分析热滥用时,对锂离子电池在热滥用下的边界条件作了简化,分析了热源温度、热源位置和散热...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近十年国内新能源汽车热失控事故数量Fig1.1Numberofdomesticnewenergyvehiclethermalrunawayaccidentsinthepastdecade
车用锂离子动力电池热-电滥用下热失控特性研究222019.04.22中国西安蔚来ES8该车的底盘遭受过严重撞击，动力电池系统受到挤压后发生形变，造成短路并引发火灾32019.03.062019.03.122019.03.16中国深圳动力电池供应商将部分有质量风险的电池包装配到威旺407EV，导致频繁出现热失控事件新能源汽车的安全问题不可忽视。2012年以来，国内发生新能源汽车起火的事件数量如图1.1所示。从图中可以看出，随着新能源汽车保有量的增加，发生起火事件的数量也不断上升。图1.1近十年国内新能源汽车热失控事故数量Fig1.1Numberofdomesticnewenergyvehiclethermalrunawayaccidentsinthepastdecade近十年来的国内新能源汽车热失控事故调查后的原因如图1.2所示[7-8]。图1.2近十年来国内新能源汽车热失控事故原因[7-8]Fig1.2Reasonsforthermalrunawayaccidentsofdomesticnewenergyvehiclesinthepastdecade[7-8]热失控后期，锂离子电池会出现冒烟、起火或爆炸的一个或多个现象。冒烟现象
3的发生，是因为电池内部因化学反应，正负极材料或电解液中的有机成分产生大量气体，冲破电池防爆阀，外在的表现是通常电池从防爆阀部位开始冒白烟。起火，是因为电池内部有很多易燃的电解液和添加剂，当温度达到这些物质的燃点，就会发生火苗，点火的起因可能是内短路产生的微火星，或者是气体与电池阀体摩擦产生的火花。爆炸是因为在密闭空间内瞬时爆发出的强大能量和冲击，若是电池的防爆阀没有在第一时间打开，电池内部的气体不断聚集，达到很高的气压，就会冲破电池外壳，造成爆炸事故。综上所述，锂离子电池热失控造成的新能源汽车起火问题已是行业发展的痛点，严重地威胁着人民的生命和财产安全，已经成为了制约新能源汽车发展的瓶颈性问题。因为，必须研究清楚锂离子电池热失控的发展过程和内在机理，提出预防或抑制热失控的策略，促进新能源汽车的进一步应用。1.2国内外研究现状1.2.1热失控反应机理为揭示热失控发展过程的规律，科研人员对锂离子电池热失控的反应机理作了大量工作。当锂离子电池处于极端工况，内部积聚大量热量时，会进入自放热阶段，同时经历一些内部反应。从时间来看，随着热量积聚加重，电池温度不断升高，冯旭宁对锂离子电池不同阶段的温度和反应做了总结和归纳，如图1.3所示[9]。图1.3锂离子电池热失控不同阶段反应与温度[9]Fig1.3Lithium-ionbatterythermalrunawayreactionandtemperatureatdifferentstages[9]锂离子电池内部常见热行为如表1.2所示。表1.2锂离子电池内部常见热行为Tab1.2Commonthermalbehaviorinsidelithium-ionbatteries
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源客车安全问题探析[J]. 任诗发. 汽车与配件. 2018(03)
[2]锂离子电池针刺安全性研究概览[J]. 梁国周,张一鸣,田爽,刘兆平,蒋蓁. 电源技术. 2016(12)
[3]车用锂离子动力电池系统的安全性[J]. 何向明,冯旭宁,欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[4]三元锂离子动力电池针刺热失控实验与建模[J]. 张明轩,冯旭宁,欧阳明高,卢兰光,王芳,樊彬. 汽车工程. 2015(07)
[5]电动汽车与锂离子电池[J]. 黄学杰. 物理. 2015(01)
[6]电动车用锂离子蓄电池模块的安全性问题[J]. 方谋,赵骁,李建军,何向明,毛宗强,欧阳明高. 新材料产业. 2014(03)
[7]杨裕生:动力电池安全性不容小觑[J]. 陈薪. 低碳世界. 2012(08)
[8]锂离子电池的工作原理及其主要材料[J]. 刘璐,王红蕾,张志刚. 科技信息. 2009(23)
[9]锂离子电池爆炸机理分析[J]. 陈玉红,唐致远,贺艳兵,刘强. 电化学. 2006(03)
[10]混合电动汽车用氢镍电池热控制技术研究[J]. 赵家宏,潘宏斌,葛建生. 电池工业. 2005(06)
博士论文
[1]车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控[D]. 冯旭宁.清华大学 2016
[2]我国新能源汽车产业风险识别与评价研究[D]. 林金枫.哈尔滨工程大学 2015
[3]锂离子电池的热效应及其安全性能的研究[D]. 黄倩.复旦大学 2007
硕士论文
[1]NCM三元锂动力电池热失控研究与仿真[D]. 姚银花.长安大学 2018
[2]基于动力电池热管理的复合式制冷系统设计[D]. 刘豪.重庆大学 2018
[3]咪唑类离子液体EMIBF4和吡咯类离子液体PY13FSI在锂离子电池中的应用[D]. 吴楠.中国矿业大学 2015
[4]河南省新能源汽车产业化的风险研究[D]. 任珂珂.兰州交通大学 2013
[5]混合动力客车电池包散热系统研究[D]. 许超.上海交通大学 2010
本文编号：3394502
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近十年国内新能源汽车热失控事故数量Fig1.1Numberofdomesticnewenergyvehiclethermalrunawayaccidentsinthepastdecade
车用锂离子动力电池热-电滥用下热失控特性研究222019.04.22中国西安蔚来ES8该车的底盘遭受过严重撞击，动力电池系统受到挤压后发生形变，造成短路并引发火灾32019.03.062019.03.122019.03.16中国深圳动力电池供应商将部分有质量风险的电池包装配到威旺407EV，导致频繁出现热失控事件新能源汽车的安全问题不可忽视。2012年以来，国内发生新能源汽车起火的事件数量如图1.1所示。从图中可以看出，随着新能源汽车保有量的增加，发生起火事件的数量也不断上升。图1.1近十年国内新能源汽车热失控事故数量Fig1.1Numberofdomesticnewenergyvehiclethermalrunawayaccidentsinthepastdecade近十年来的国内新能源汽车热失控事故调查后的原因如图1.2所示[7-8]。图1.2近十年来国内新能源汽车热失控事故原因[7-8]Fig1.2Reasonsforthermalrunawayaccidentsofdomesticnewenergyvehiclesinthepastdecade[7-8]热失控后期，锂离子电池会出现冒烟、起火或爆炸的一个或多个现象。冒烟现象
3的发生，是因为电池内部因化学反应，正负极材料或电解液中的有机成分产生大量气体，冲破电池防爆阀，外在的表现是通常电池从防爆阀部位开始冒白烟。起火，是因为电池内部有很多易燃的电解液和添加剂，当温度达到这些物质的燃点，就会发生火苗，点火的起因可能是内短路产生的微火星，或者是气体与电池阀体摩擦产生的火花。爆炸是因为在密闭空间内瞬时爆发出的强大能量和冲击，若是电池的防爆阀没有在第一时间打开，电池内部的气体不断聚集，达到很高的气压，就会冲破电池外壳，造成爆炸事故。综上所述，锂离子电池热失控造成的新能源汽车起火问题已是行业发展的痛点，严重地威胁着人民的生命和财产安全，已经成为了制约新能源汽车发展的瓶颈性问题。因为，必须研究清楚锂离子电池热失控的发展过程和内在机理，提出预防或抑制热失控的策略，促进新能源汽车的进一步应用。1.2国内外研究现状1.2.1热失控反应机理为揭示热失控发展过程的规律，科研人员对锂离子电池热失控的反应机理作了大量工作。当锂离子电池处于极端工况，内部积聚大量热量时，会进入自放热阶段，同时经历一些内部反应。从时间来看，随着热量积聚加重，电池温度不断升高，冯旭宁对锂离子电池不同阶段的温度和反应做了总结和归纳，如图1.3所示[9]。图1.3锂离子电池热失控不同阶段反应与温度[9]Fig1.3Lithium-ionbatterythermalrunawayreactionandtemperatureatdifferentstages[9]锂离子电池内部常见热行为如表1.2所示。表1.2锂离子电池内部常见热行为Tab1.2Commonthermalbehaviorinsidelithium-ionbatteries
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源客车安全问题探析[J]. 任诗发. 汽车与配件. 2018(03)
[2]锂离子电池针刺安全性研究概览[J]. 梁国周,张一鸣,田爽,刘兆平,蒋蓁. 电源技术. 2016(12)
[3]车用锂离子动力电池系统的安全性[J]. 何向明,冯旭宁,欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[4]三元锂离子动力电池针刺热失控实验与建模[J]. 张明轩,冯旭宁,欧阳明高,卢兰光,王芳,樊彬. 汽车工程. 2015(07)
[5]电动汽车与锂离子电池[J]. 黄学杰. 物理. 2015(01)
[6]电动车用锂离子蓄电池模块的安全性问题[J]. 方谋,赵骁,李建军,何向明,毛宗强,欧阳明高. 新材料产业. 2014(03)
[7]杨裕生:动力电池安全性不容小觑[J]. 陈薪. 低碳世界. 2012(08)
[8]锂离子电池的工作原理及其主要材料[J]. 刘璐,王红蕾,张志刚. 科技信息. 2009(23)
[9]锂离子电池爆炸机理分析[J]. 陈玉红,唐致远,贺艳兵,刘强. 电化学. 2006(03)
[10]混合电动汽车用氢镍电池热控制技术研究[J]. 赵家宏,潘宏斌,葛建生. 电池工业. 2005(06)
博士论文
[1]车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控[D]. 冯旭宁.清华大学 2016
[2]我国新能源汽车产业风险识别与评价研究[D]. 林金枫.哈尔滨工程大学 2015
[3]锂离子电池的热效应及其安全性能的研究[D]. 黄倩.复旦大学 2007
硕士论文
[1]NCM三元锂动力电池热失控研究与仿真[D]. 姚银花.长安大学 2018
[2]基于动力电池热管理的复合式制冷系统设计[D]. 刘豪.重庆大学 2018
[3]咪唑类离子液体EMIBF4和吡咯类离子液体PY13FSI在锂离子电池中的应用[D]. 吴楠.中国矿业大学 2015
[4]河南省新能源汽车产业化的风险研究[D]. 任珂珂.兰州交通大学 2013
[5]混合动力客车电池包散热系统研究[D]. 许超.上海交通大学 2010
本文编号：3394502
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