基于液冷策略的鋰離子電池組安全管理研究.pdf

1、鋰離子電池的容量、內(nèi)阻以及電壓對(duì)所處的工作溫度十分敏感。因此，電池組內(nèi)部溫度的不均一性會(huì)明顯降低電池組的性能并且縮短電池的壽命周期。此外，鋰離子電池在高度集成后，電池產(chǎn)生的熱量在電池組內(nèi)積聚，由于自身結(jié)構(gòu)抗濫用性較差，容易發(fā)生熱失控進(jìn)而引起火災(zāi)或者爆炸事故。本文通過(guò)有限元數(shù)值模擬方法和小尺寸的實(shí)驗(yàn)對(duì)鋰離子電池的液冷管理以及安全防護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，旨在提出鋰離子電池組優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，建立滅火-冷卻一體化系統(tǒng)，為電池組均衡管理與消防滅火提供技術(shù)

2、支撐。
　　在開放環(huán)境下分別對(duì)單電池、自然對(duì)流電池組以及使用液冷策略的電池組進(jìn)行動(dòng)態(tài)充放電測(cè)試，并研究電池的溫度分布、電壓以及電流的變化規(guī)律。結(jié)果表明，鋰離子電池在動(dòng)態(tài)循環(huán)中至少存在2個(gè)溫度峰，隨著電流倍率的增加，電池溫度相應(yīng)升高，溫度峰發(fā)生了兼并。擱置工況一定程度上對(duì)電池升溫過(guò)程進(jìn)行緩沖，優(yōu)化電池使用性能。在鋰離子電池成組后，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的波峰與波谷的出現(xiàn)存在時(shí)間差，溫度極值以及溫度波動(dòng)呈現(xiàn)不同程度的增加。在0.5C、1C和3C循環(huán)

3、倍率下系統(tǒng)中最高溫度分別為27.4℃、38.5℃和62.9℃，最大溫升分別為8.9℃、16.3℃和37.7℃，最大溫差分別為4.9℃、4.2℃和13.7℃。使用液冷方案時(shí)，在同樣的動(dòng)態(tài)循環(huán)工況下，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差現(xiàn)象出現(xiàn)了明顯的改善，系統(tǒng)的熱均衡能力得到提高。在0.5C、1C和3C循環(huán)倍率下系統(tǒng)中最高溫度分別為31.8℃、38.5℃和56.2℃，最大溫差分別為1.6℃、3.5℃和29.5℃。
　　基于經(jīng)典的傳熱理論以及電化學(xué)模型中

4、提供的數(shù)學(xué)物理方法，利用多物理場(chǎng)仿真軟件構(gòu)建模型，對(duì)在開放環(huán)境中動(dòng)態(tài)循環(huán)的單電池以及基于液冷策略動(dòng)態(tài)循環(huán)的電池組進(jìn)行了模擬與驗(yàn)證。結(jié)果表明，在動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)得到的單電池溫度分布與模擬結(jié)果吻合較好，但模擬的充電電壓比實(shí)驗(yàn)值偏高，最大值之間相差0.15V，同時(shí)在充電階段模擬得到的溫度峰也寬于實(shí)驗(yàn)溫度峰。基于液冷策略，模擬得到的電池組溫度分布與實(shí)驗(yàn)值變化趨勢(shì)相同。由于熱物性參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)都是溫度的函數(shù)，而模擬中所使用的為常量，導(dǎo)致模擬溫

5、度值低于實(shí)驗(yàn)值。在0.5C、1C和3C循環(huán)倍率下系統(tǒng)中模擬溫度與實(shí)驗(yàn)溫度最大誤差分別為1.79℃、4.44℃和23.09℃。電池模組中外側(cè)電池的模擬溫度值與實(shí)驗(yàn)值相似。在0.5C、1C和3C循環(huán)倍率下的外側(cè)電池模擬溫度與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值最大誤差分別為1.11℃、3.09℃和7.15℃。
　　研究了火探管自身的熱響應(yīng)行為以及火探管滅火系統(tǒng)對(duì)鋰離子電池火災(zāi)的滅火效率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出火探管復(fù)合滅火系統(tǒng)方案。結(jié)果表明，火探管處于火焰區(qū)時(shí)響應(yīng)時(shí)