热电池激活机构的设计分析

军事中应用的热电池具有很高的比能量和比功率、使用环境温度宽、贮存时间长、激活迅速可靠、结构紧凑、工艺简便、造价低廉、不需要维护等优点,因此一问世就受到军界的青睐,发展成为导弹、核武器、火炮等现代化武器的理想电源,在军事领域占有重要位置。为了进一步提高热电池性能,本文对热电池的激活机构进行了整体结构设计设计并应用ANSYS软件进行了受力分析。     

小议热电池激活时间的优化设计

本文探讨并分析了影响热电池激活时间的几个主要因素:热电池的激活方式、点火组件的装配方式、引燃元件的引燃速度、电解质的种类、热电池工作电流、环境温度,针对这些影响因素,提出了热电池激活时间优化设计的几种方法。     

热电池撞击激活的研究

介绍了一种靠机械撞击来激活的热电池,首先对引信中撞击式热电池结构做了简单分析,然后重点对激活部分进行理论分析,应用未击穿的靶板变形理论和经典力学方法得出撞击能量和热电池底部激活部分厚度的关系,通过计算及试验验证,证明该理论和计算方法在实际应用中具有可取性,对机械撞击激活热电池的设计有一定的指导意义。     

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。     

热失控条件下21700型锂离子电池危险性分析

针对锂离子电池热失控引发的民航运输安全问题,利用自主设计的试验平台,以21700型三元锂离子电池为研究对象,探究了不同荷电状态(SOC)的锂离子电池热失控危险特性,包括表面温度、开路电压、电池内阻与质量损失。研究结果表明:21700型单体锂离子电池比18650型锂离子电池额定容量增加了35%,能量密度提高了20%,若出现热安全问题时会更加危险。随着SOC的增加,21700型锂离子电池发生初爆与燃爆的时间间隔缩短。当SOC为20%时,初爆与燃爆时间间隔最长,为471 s;当SOC为40%、60%、80%和100%时,初爆与燃爆时间间隔分别缩短2.5%、18.0%、26.5%和34.0%。锂离子电池发生热失控过程中的表面温度峰值、温升速率与质量损失均随着SOC的增加而增加。锂离子电池在不同荷电状态下发生热失控时,开路电压和电池内阻变化具有一定的规律性。     

高铁酸钾作为贮备电池电极材料的研究

以电解法制得的高纯度K2FeO4固体为正极,锌箔或铝箔为负极制成碱性实验电池.通过对Zn-K2FeO4和Al-K2FeO4电池在不同负载下的恒阻放电测试,研究了高铁酸钾电池的电化学性能.结果表明,Al-K2FeO4电池表现出比Zn-K2FeO4电池更为优越的放电性能.基于高铁酸钾在溶液里的不稳定性,提出用Al-K2FeO4电池做贮备电池,并研究其在不同负载、不同温度下的恒阻放电性能及电池的激活时间.     

热管在新能源装置电池包的热管理研究

为保障新能源电池的安全、高效运行和长循环寿命,需要对电池包进行有效热管理.利用高导热性的热管制备了散热装置来对锂离子电池包进行热管理,并在电池循环充放电条件下,研究3种散热方式的热影响规律.结果表明,热管散热装置能有效降低电池包的温度,同时减小电池包内各个电池间的温差;与自然对流散热条件相对比,在强制对流条件下加装热管散热装置能将电池包内最高温度从78.1℃降低到48.6℃,电池包内外电池间的温差也保持在2.5℃以下.     

热光伏太阳电池及其研究进展

热光伏技术是将太阳光辐射出的能量,通过热光伏电池直接转换成电能的技术.由于它可广泛使用热源和具有较高能量输出密度等优点,因此在未来的光伏领域具有很大的发展潜力.本文首先介绍了热光伏系统的工作原理,然后重点评述了Si热光伏电池、Ge热光伏电池、Ⅲ-Ⅴ族化合物热光伏电池、量子阱热光伏电池和中间带热光伏电池的研究进展,并指出了目前热光伏电池发展所面临的一些问题.     

低压下锂离子电池热失控火焰特性研究

针对锂离子电池航空运输需求不断增大,而低压环境下锂离子电池热失控火焰特性研究甚少的现状,设计了60kPa、80kPa、100kPa三种压力下的锂离子电池热失控实验。在常压和低压环境下,对电加热触发的锂离子电池燃烧火焰特性进行了实验研究。实验结果表明,锂离子电池热失控的燃烧的火焰高度与普通池火不同,锂离子电池燃烧的火焰高度会随着时间而降低。随着压力的降低,锂离子电池热失控的火焰高度和燃烧时长都呈现出降低的趋势。 本文研究可为低压下锂离子电池热失控火行为的研究提供指引和支撑。     

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。     

基于计算流体动力学的锂离子电池热失控多米诺效应研究

为研究空运包装内锂离子电池单元热失控传递的控制方法,首次提出锂离子电池热失控传递的多米诺效应理论模型。依据实际包装情况建立了包装盒内9个18650型锂离子电池的有限元模型,利用基于计算流体动力学的仿真软件Fluent对锂离子电池的热失控传递过程进行数值模拟;结合模拟结果定量分析锂离子电池热失控传递中的多米诺效应及电池单元热失控对临近电池温升的影响,以及通过控制电池放热和使用阻燃隔板来延缓包装内电池热失控传递的可行性。模拟结果不仅验证了构建的理论模型与数值模拟结果的一致性,并且显示基于理论模型参数提出的两种控制方法对延缓电池的热失控传递都具有显著效果。不仅可为控制空运锂离子电池热失控提供理论依据,还可对锂离子电池空运包装标准的制定提供技术参考。     

电动汽车锂电池模块化热管理系统的设计及实验研究

针对电动汽车锂电池在高温情况下极易引发电池的性能退化,甚至导致热失控的问题,提出了一种电动汽车锂电池模块化热管理系统设计方案。所设计的系统采用20节圆柱形电池交错排列方式,电池之间布置6块内含冷却液流道的冷却单体,利用冷却单体中流动的冷却液迅速带走电池在工作时产生的热量,保证锂电池工作在25～40℃的适宜范围内。采用所设计系统针对冷却液流速、管道连接方式对电池模组冷却性能的影响进行仿真与优化,并根据优化结果,搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明:增大冷却液流量可有效提高冷却效率,但流量的选取应权衡冷却效果与消耗功率的利弊;电池并联的最高温度和温差比串联分别下降了7.55℃和6.74℃,说明并联对提高整个模块化电池热管理系统的散热性能具有较好的效果,在电池包数量较大时,宜采用并联方式;并联缩短了温度大范围波动的时间,减小了过大的温度波动对电池造成的影响。     

单体锂离子电池充放电数值仿真与试验

基于锂离子电池生热模型和材料热物性参数,建立了锂离子电池充放电热行为热模型。进行了单体电池不同倍率放电及充放电循环下的瞬态热行为数值仿真。结合电池充放电过程温升曲线测试,验证了锂离子电池数值仿真模型。研究结果表明:单体电池最高温度位于正极柱,最低温度位于壳体顶部。随着电池放电倍率的增大,电池温度升高,单体温差增大。电池外壳材质对热模型传热效果具有一定的影响,锂离子电池电极连接部位温升显著。     

松针状碳纳米管/碳纤维复合碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用

采用热催化化学气相沉积法,在催化剂前驱体预处理的碳纸碳纤维上沉积碳纳米管。沉积的碳纳米管为多壁碳纳米管,石墨化程度高、分布密度高、比表面积大、管径均匀,微观形貌为松针状。以所制备的CNTs/CF复合材料作为三维多孔电子导体制成锂硫电池,S/CNTs/CF电池首次放电比容量达到1 213.6mAh/g,硫的利用率为72.45%,循环55次后比容量保持在798.4mAh/g,比活性炭电池的电化学性能有显著提高,表明S/CNTs/CF复合材料可以有效地提升锂硫电池的循环性能。     

低压环境下锂离子电池热失控特性研究

针对锂离子电池航空运输过程中热失控安全问题,设计并搭建了锂离子电池热失控实验室平台。在常压和低压环境下,对电加热触发锂离子电池热失控的特性进行了实验研究。通过实验数据的分析发现,锂离子电池在低压环境下的热失控行为与常压下有很大区别,几乎没有燃烧阶段。低压环境下,锂离子电池热失控过程中池体温度和喷射口温度低于常压环境。通过低压下锂离子电池热失控喷射特性的研究,可为航空货运锂离子电池的安全性研究提供数据支撑和理论支持。     

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.      

低压环境下锂离子电池的热失控特性分析

针对锂离子电池航空运输过程中热失控安全问题,设计并搭建了锂离子电池热失控实验室平台。在常压和低压环境下,对电加热触发锂离子电池热失控的特性进行了实验研究。通过实验数据的分析发现,锂离子电池在低压环境下的热失控行为与常压下有很大区别,几乎没有燃烧阶段。低压环境下,锂离子电池热失控过程中池体温度和喷射口温度低于常压环境。通过低压下锂离子电池热失控喷射特性的研究,可为航空货运锂离子电池的安全性研究提供数据支撑和理论支持。     

低压下锂离子电池热失控火焰特性

针对锂离子电池航空运输需求不断增大,而低压环境下锂离子电池热失控火焰特性研究甚少的现状,设计了60 k Pa、80 k Pa、100 k Pa三种压力下的锂离子电池热失控实验。在常压和低压环境下,对电加热触发的锂离子电池燃烧火焰特性进行了实验研究。实验结果表明,锂离子电池热失控燃烧的火焰高度与普通池火不同,锂离子电池燃烧的火焰高度会随着时间而降低。随着压力的降低,锂离子电池热失控的火焰高度和燃烧时长都呈现出降低的趋势。     

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。     

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。