振动环境对锂离子电池热失控危险性的影响

基于民航运输锂离子电池过程中所引发的热失控安全问题,以及运输环境存在颠簸。利用自主搭建的实验平台,以21700型单体锂离子电池为研究对象,通过分析锂离子电池在振动环境中开路电压（Open Circuit Voltage,OCV）与内阻变化以及热失控过程中火焰温度与质量损失的变化情况,研究振动环境对锂离子电池性能及热失控危险性的影响。实验结果表明：在振动条件下锂离子电池的OCV基本保持稳定,而内阻值会增加16.7%;相对于空白实验,经过振动处理后锂离子电池发生热失控危险性减弱。直观表现在火焰温度峰值降低9.69%,质量损失减少13.54%;同时利用电压容量微分曲线（dV/dQ）深入分析振动条件对锂离子电池的影响机理。本研究可为提高锂离子电池性能一致性提供理论参考。     

水蛭石分散液灭火剂抑制21700型锂离子电池热失控研究

针对锂离子电池在民航运输过程中的热安全问题,利用自主设计的灭火测试平台,以21700型单体锂离子电池为研究对象,开展水蛭石分散液(AVD)灭火剂抑制锂离子电池热失控有效性试验.探究在第1节锂离子电池(B1)发生初爆与燃爆的两个关键节点释放AVD灭火剂对高温特性与烟气体积分数变化的影响.研究结果表明:AVD灭火剂主要通过...     

锂离子电池热失控多米诺效应实证研究*

针对锂离子电池热失控多米诺效应模型未进行实验验证导致可信度低问题,设计搭建了锂离子电池热失控实验舱。围绕锂离子电池热失控多米诺效应模拟存在的三个突出问题,设计实验方案开展实验验证研究。通过实验数据与模拟对比分析,证实一节锂离子电池热失控可以触发多米诺效应使全部锂电池发生热失控;针对模拟存在燃爆时间点比实验提前35.7%、层级燃爆时间间隔比实验增长30.97%,燃烧持续时间比实验减少31.82%的缺陷,提出在模拟中增加外部网格的改进意见;通过实证研究改进后的锂电池热失控多米诺效应模拟模型可用于工程实际。     

基于混合模型的锂离子电池热失控预判方法

锂离子电池在储能系统中已得到普遍应用,但其会由于热失控而产生自燃、爆炸等引发安全事故, 如何对储能锂离子电池热失控故障风险进行超前预测和判定是当前研究的热点问题。将电热物理模型与深 度学习模型长短期记忆模型(LSTM)相结合,提出一种基于混合模型的储能锂离子电池热失控预判方法。 通过收集电池运行数据,利用电池的电热耦合模型进行电池内部温度、荷电状态(SOC)的估算;同时,将电池 表面温度、电池电压、电池电流等参数共同作为 LSTM 的输入,利用混合模型精确预测电池的表面温度和内 部温度。通过阈值方法判定热失控的发生并确定诱发原因,从而实现对电池热失控的准确预测。基于公开 数据集的实验结果表明,提出的混合模型进行热失控预判具有较好的精确性和快速性,在实际工程应用中有 着较好的应用前景。     

热处理对锂离子电池热安全特性的影响

为了研究锂离子电池在遭受不同温度的外部刺激后其行为的差异性,实验对同一荷电状态的锂离子电池进行了不同温度的热处理,并考察了其被热处理后的热失控行为。研究通过分析锂离子电池热失控时间、热失控温度以及热失控时的电压变化,考察了不同热处理温度对同一荷电状态下的锂离子电池热失控特性的影响。研究表明,不同热处理温度对同一荷电状态下的锂离子电池的热失控最高温度及热失控时的电压变化有明显影响。热处理至80℃的锂离子电池热失控时的最高温度高于热处理至60℃及100℃时的锂离子电池。100℃热处理过的锂离子电池热失控时电压最先下降,80℃及60℃热处理过的锂离子紧随其后。实验结果可为高温环境中锂离子电池的安全应用提供理论参考。     

低压环境下18650型锂离子电池热失控特性

针对航空货运锂离子电池的特殊环境,以及运输过程中热失控安全问题,自主设计搭建锂离子电池热失控实验平台,在康定机场（4290m,60kPa）高高原航空安全实验室开展实验。主要研究热失控过程中不同荷电量锂离子电池温度变化、氧消耗量、CO和CO2生成量以及开路电压变化情况。通过低压环境下锂离子电池热失控的研究,为航空货运锂离子电池的安全性提供了一定的理论支持。     

湿热环境下NCM三元锂离子电池热失控分析

从高温热滥用角度出发,对高湿高温环境中三元锂离子电池的热失控行为进行实验和模拟的对比分析.选择荷电量(SOC)为50%的镍钴锰三元锂离子动力电池(NCM523)作为研究对象,利用恒定功率1kW 的电热炉作为外加热源,加热660s后撤掉外热源,进行湿热环境下NCM三元锂离子电池热滥用实验,并利用COMSOL多物理场仿真软件进行数值模拟.结果表明:常湿条件下,环境初始温度的提高,造成热失控发生的时刻显著提前.对于SOC为50%的NCM三元锂离子电池,在相对湿度为50%的条件下,当环境初始温度由20℃增加到40℃时,电池达到热失控的时间提前了20.2%;在室温为30℃条件下,当环境湿度由50%增加到100%时,热失控导致的最高温度增加了37.2%.高温高湿环境将造成NCM三元锂离子电池热失控的危险性显著增加.     

受限空间对锂离子电池热失控的影响

针对目前锂离子电池在实际运输及使用过程中通常处于受限空间中这一现状,选取市面上常见的18650型商用锂离子电池作为研究对象,在开放及不同容积(10、20 L)的受限空间中开展热失控实验。通过对比热失控现象与电池在热失控过程中的温度、电压以及实验舱内压力的变化,对锂离子电池热失控危险性进行研究。结果表明:在一定容积范围内,电池荷电状态越高,其安全阀开启温度以及热失控起始温度越低,热失控最高温度越高,电池热失控后的质量损失越大;在相同荷电状态下,环境容积越小,电池热失控最高温度越高,电池火灾危险性越大。荷电状态为100%的电池在10 L容器内热失控最高温度可达887.4℃,热失控时容器内的压力变化为204.1 kPa,质量损失为23.457 g。研究结果可对受限空间中锂离子电池的热失控防控提供理论支撑。     

热源功率对100%荷电量锂离子电池燃爆特性的影响

为了研究民航运输过程中锂离子电池燃爆机理,设计并搭建了锂离子电池燃爆试验平台。在96 kPa和61 kPa初始环境压力下,用不同热源功率触发密闭燃爆罐体中荷电量为100%的18650型锂离子电池,进行燃爆试验,记录燃爆过程池体温度、燃爆压力及气体体积分数等特征参数。研究结果表明:外部热源功率对锂离子电池热失控引发的燃爆灾害具有重要影响,锂离子电池燃爆过程中燃爆响应温度随热源功率的升高而降低,燃爆压力随热源功率的升高而升高。燃爆过程中的耗氧量、二氧化碳及一氧化碳的产生量也随热源功率的升高而增加。与96 kPa环境压力相比,锂离子电池在61 kPa初始环境压力下燃爆过程的耗氧量、二氧化碳产生量和一氧化碳产生量更多。     

内阻差异对锂离子电池性能的影响

选用正负极体系相同但交流内阻不同的3款锂离子全电池进行电性能测试,比较不同的交流内阻对电池不同放电深度(DOD)下的开路电压、直流阻抗、功率的影响.结果表明:交流内阻的差异对锂离子全电池不同DOD下的开路电压影响不大;交流内阻越大的锂离子全电池相应的直流阻抗也越大,内阻差异在脉冲电流越大时对直流阻抗的影响越明显,在10%~80%DOD区间内,同一交流内阻的锂离子全电池直流阻抗变化不大;交流内阻小的锂离子全电池的功率较强,在深DOD区间下,锂离子全电池的功率明显降低.     

修正参数的安时法估算锂离子电池剩余电量

安时法是目前估算锂离子电池荷电状态(SOC)最常用的方法之一.由于安时法不能估计初始荷电状态(SOC0),且难于准确测量库仑效率和电池可用容量变化,会造成累计误差,影响SOC估算精度.考虑锂离子电池的可用容量会随环境温度、放电电流以及电池老化等性能影响,结合开路电压法和安时法,对比实验数据进行误差分析与校正,提出了一种提高SOC估算精度的修正参数方法.仿真结果表明,用修正参数的安时法估算电池剩余电量可以减少误差,提高精度.     

过充电条件下锂离子电池热失控数值模拟

采用数值模拟方法研究了过充电流（1C、2C、3C和4C）对三元锂离子电池热失控行为的影响.基于多物理场耦合方法建立了过充电条件下锂离子电池三维电-热耦合模型,对电池发生热失控的临界时间,临界温度以及热分布进行了模拟计算.模拟结果与试验测量结果符合较好,各个测试点处的温度和热失控临界点的误差小于8%.过充电流对锂离子电池热失控的临界温度、临界时间以及电池内外部温差有较大影响:过充电流越大,电池发生热失控的时间越短,临界温度越高,区域温差越大,内外部温差越大.      

基于开路电压法与卡尔曼滤波法相结合的锂离子电池SOC估算

鉴于卡尔曼滤波法中电池荷电状态(state of charge,SOC)的初始值一般根据开路电压法确定,传统开路电压法是通过测量电池开路电压,由电池开路电压与电池荷电状态之间的关系曲线得到电池SOC,耗时较长.本文在此基础上提出一种新的办法,通过对电池放电曲线及恢复曲线分析,结合电池等效模型,拟合出开路电压的计算公式.用放电停止后的某时刻电压估计电池的开路电压.不但解决了SOC估算中开路电压法用时长的问题,而且提高了开路电压值的准确性,进而提高了SOC估算精度.再以戴维宁模型为基础,通过电池测试平台辨识电池模型参数,并验证其可靠性,采用扩展卡尔曼滤波算法实现了对电池荷电状态的估算,状态参数SOC估算初始值由改进后的开路电压法估算出的SOC值确定.结果表明该方法解决了初始值的偏差导致的估算初期误差较大问题,提高了整体的估算精度.     

一种基于脉冲响应的高精度荷电状态估算方法

荷电状态(State of charge,SOC)是使用锂电池时的一个重要参数.开路电压法作为1种被用于估算电池SOC的方法有着较高的精度,但不能应用于电池的充放电循环过程中,因此实用价值受到限制.基于脉冲响应估算SOC的方法的提出,使开路电压法间接地应用在了锂离子电池荷电状态的实时监测上,但这种方法在面对变化的电流时,有一定的估算误差,从理论上分析了这种误差产生的原因,优化了脉冲宽度的选取,提高了电流变化时路端电压的计算精度,使计算误差在10%以内.     

高精度锂离子电池组电压采集及SOC预测

为了进一步提高锂离子电池组单体电池电压采集精度和荷电状态(SOC)预测精度,设计了优化型串联母线电压采集系统和改进型灰色非等间隔灰色模型SOC预测。电压采集系统通过光耦电路把电池动态加载到母线上,利用74HC595移位控制寄存器实现单体电池电压采集,再经过信号转换、隔离电路处理后由STM32F103ZET6 AD模块处理;SOC预测通过MATLAB建立模型,模型中的参数辨识采用粒子群优化算法。仿真和实验表明,本文设计电压采集系统硬件电路和软件操作更为简化,采集精度更高,易于拓展,SOC预测方法准确性高,有很强的工程适用价值。     

航空机载锂离子电池热失控特性研究进展

 航空机载条件下锂离子电池的热安全问题是制约其在航空领域应用的关键因素,相关科学问题是国内外的研究热点。从锂离子电池及其产品在航空应用及运输过程中的热安全问题出发,综述了航空低温、低压及封闭空间下电池热失控行为及机理的研究,分析了电池在相应体系下的热失控温度、热失控时间、热释放速率、质量损失、热失控蔓延等热失控特征行为及规律,提出今后的研究应聚焦在航空低温、低压环境协同作用下锂离子电池的热失控行为及机理方面。     

锂离子电池热失控特性及电池火抑制过程

为了研究大容量锂离子电池不同种类的热失控特性以及水喷雾对电池火的抑制效果,选用75 A·h锂离子动力电池为研究对象,通过底部电热炉加热诱导电池发生失控反应,并使用水喷雾研究其对电池火焰的抑制过程.结果 表明:在底部功率2 kW且温度为500℃下,锂离子电池平均经过4800s加热后发生热失控现象,热失控共分为五个阶段:受热膨胀、大量烟气释放、形成喷射火、稳定燃烧、自然熄灭.电池表面热失控触发温度为144℃,热失控过程中表面和内部温度最高可达536.8℃和910.1℃,并出现了电压回升现象;水喷雾无法阻止内部反应的进行,可能出现喷射火或复燃现象,在水喷雾的持续作用下能够有效熄灭锂离子电池火焰.研究结果可为锂离子动力电池检测系统和灭火规范提供数据支撑.     

基于STEKF的锂离子动力电池SOC估算

为能在线准确估算电动汽车动力电池的荷电状态(SOC),提出了一种基于强追踪扩展卡尔曼滤波(STEKF)的锂离子电池的SOC估算方法,该滤波器引入了多重次优渐消因子;以某型锂离子电池为研究对象,基于电池的外特性及相关机理,建立了电池的二阶RC等效电路模型,使用最小二乘法辨识模型参数,然后按照等效电路模型建立电池的STEKF非线性状态空间方程,最后在ECE15工况下进行仿真。结果表明,STEKF估算电池SOC的误差保持在2%以内,该方法能准确估算电池的SOC。     

锂离子电池自放电K值检测系统的设计

锂离子电池自放电检测对评估单体锂离子电池或电池组的容量、循环特性和使用寿命具有重要作用。快速检测开路状态下锂离子电池存储电量自发消耗是目前该领域的研究热点。本文采用开路电压法,通过测量单位时间内锂离子电池的电压降,即自放电K值,表征其自放电程度,设计了锂离子电池自放电K值检测系统。该系统由上、下位机组成,两者之间采用Type-C方式连接,可对锂离子电池进行自放电率检测。本文以三元锂离子电池为测试对象,对其进行14天的静置实验,检测静置过程中的自放电K值。测试结果表明该系统不仅缩短了锂离子电池自放电检测时间,而且可准确检测锂离子电池的自放电率。在锂离子电池20%、40%、60%、80%、100%五种荷电状态,20℃、50℃、-20℃、-40℃四种温度条件下对锂离子电池进行自放电K值检测。依据K值测试结果,可分析荷电状态和自放电环境温度对锂离子电池自放电率的影响。     

高精度锂离子电池组电压采集及荷电状态预测

为了进一步提高锂离子电池组单体电池电压采集精度和荷电状态(SOC)预测精度,设计了优化型串联母线电压采集系统和改进型灰色非等间隔灰色模型SOC预测。电压采集系统通过光耦电路把电池动态加载到母线上,利用74HC595移位控制寄存器实现单体电池电压采集;再经过信号转换、隔离电路处理后由STM32F103ZET6 AD模块处理。SOC预测通过MATLAB建立模型,模型中的参数辨识采用粒子群优化算法。仿真和实验表明,设计电压采集系统硬件电路和软件操作更为简化,采集精度更高,易于拓展,SOC预测方法准确性高,有很强的工程适用价值。