CTM蓄电池锂离子动力电池系统热失控检测原理及方案

ctm蓄电池锂离子动力电池系统热失控检测原理及方案

近几年，为了进步锂离子电池的能量密度，不断有新资料和新技能得到运用，在进步比能量的一起，进步电池的循环寿数和安全功能，例如正极资料向富镍方向展开、隔阂向高耐温隔阂展开等。可是富镍资料更容易与电解液产生副反响，也会下降资料热稳定性，高耐温隔阂会下降产生内短路的危险，这些都会构成锂离子电池的老化机制和热失控机制产生变化。鉴于此，本文详细评论了常规锂离子电池的老化机制、老化影响要素和热失控机制及其诱因，并对高能量密度锂离子电池的老化机制和热失控相关研讨问题进行了展望，以期对高比能锂离子电池衰减和热失控问题进行研讨，以及为退役电池的功能评价供给一定的学习。

要害词：锂离子电池；热失控检测；计划

导言

新动力轿车是全球轿车工业转型升级、绿色展开的首要方向。锂离子电池作为新动力轿车的首要动力电池类型，具有能量密度高、输出功率大、自放电小以及工作温度规划宽等特点。可是，随着新动力轿车工业规划的扩展，着火事故日趋添加，其间90%以上是由动力电池热失控诱发。热失控事故导致了消费者的安全焦虑，严重阻碍了工业的展开，为保证驾乘人员生命财产安全，提振新动力轿车消费决心，打破动力电池运用进程中安全、健康评价以及安全危险预警的难题，展开动力电池安全管控技能的研讨势在必行。近年来，动力电池热失控诱发与反响机理、电池老化进程的安全问题以及动力电池热失控的防护与防控办法已经成为新动力轿车领域的研讨热门之一。

1电动轿车锂离子动力电池结构方法与特点

电动轿车的锂离子动力电池是一种要害的动力储存设备。锂离子动力电池通常由正极资料、负极资料、电解质和隔阂组成。正极资料通常是锂离子的储存和开释中心，常见的资料有钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等；负极资料一般采用石墨制成，能够吸赞同开释锂离子；电解质是正负极之间的介质，能够传递离子，并阻挠正负极之间的直触摸摸；而隔阂起到阻隔正负极的作用，防止短路。另外，锂离子动力电池具有高能量密度和较长的循环寿数，比较其他类型的电池，能够以较高的能量密度储存更多的电能，然后实现更长的续航路程。此外，锂离子动力电池具有较高的充电功率和较快的充电速度，相对于其他电池类型，充电功率较高，能够将输入的电能有用转化为电池内部的储能，使得电动轿车的充电时间得以缩短，进步用户的运用便利性。

2动力电池热失控诱因

2.1机械诱因

热失控的机械诱因首要分为揉捏、针刺、磕碰等。研讨标明，在外力揉捏状况下电池内部的隔阂会呈现开裂，构成的正负极短路会引发剧烈的电化学反响，外电路表现为电压下降。在这一进程中，随着继续揉捏，电池内部资料会阅历刚度添加至极限、电极资料呈现裂纹、阻隔开裂、活性物质剪切失效、活性资料从集流体上脱落，然后构成内短路。有研讨标明，单体电池中正极资料的刚度最大，在外力揉捏的状况下最先呈现结构问题。与揉捏载荷类似，针刺载荷导致的直接结果也是动力电池的在针刺点短路，短路区产生的大量焦耳热会在电池内部构成部分高温热区。在针刺实验进程中，针刺的位置、深度、尺度及运动状况都会影响动力电池内短路构成的途径。此外，磕碰引起电池组产生的壳体变形破损导致的电解液泄露问题也会添加电池组外短路的危险，然后进步动力电池失效的概率。

2.2内短路

内短路是指单体电池内因隔阂失效导致的正负极直触摸摸，在电势差及温度影响下引发剧烈的电化学反响并伴随大量热的产生。内短路是热失控诱因中的一个共性要素，前面提到的机械、电、热等诱因导致热失控的进程中均会阅历内短路。因而，电池内短路产生的原因可分为三种：（1）电池外部诱因导致内短路，例如揉捏等机械原因构成的隔阂形变和撕裂，过充／放等电乱用构成的枝晶刺穿隔阂，和热乱用导致高温引发的隔阂缩短和形变。（2）电池内杂质缺陷导致内短路，例如电极资料中的金属杂质、拼装环境中的粉尘、模切时未及时消除的毛刺等问题。（3）非常规运用导致内短路，例如电池组频繁的在过高／低的温度或许快充条件下运用，会导致负极资料呈现锂枝晶刺穿隔阂然后构成电池的内短路。

3电动轿车锂离子动力电池散热优化策略

3.1优化电动轿车锂离子动力电池内部结构规划

电动轿车锂离子动力电池内部结构规划直接影响热量的传递和分布状况，然后影响电动轿车锂离子动力电池的热办理功能和散热作用，因而有必要优化电动轿车锂离子动力电池内部结构规划。其一，电池内部结构包含电池芯、导电板、阻隔阂等组件。合理规划这些组件的排列和连接方法，能够进步热量传递功率及热量的传导速度，有助于下降电动轿车锂离子动力电池内部的温度梯度，减缓热门的构成，进步散热作用。其二，优化导热资料的选择和排布，进步导热功能。经过添加和进步导热资料的触摸面积和导热途径的连通性，能够增强热量在电动轿车锂离子动力电池内部的扩散才能，促进热量的均匀分布。其三，合理规划散热通道的布局和尺度，进步散热作用。经过添加散热通道的数量和表面积，能够增强传热才能，进步热量的排出速度，进步散热功率，下降电动轿车锂离子动力电池的温度。一起，优化和削减散热通道的空气流动途径和阻力，能够削减热量在通道中的积聚，进一步进步电动轿车锂离子动力电池散热作用。

3.2热办理技能

热办理失控是锂离子电池产生火灾的重要原因。锂离子电池的正常工作温度规划是25～40℃，过高和过低都会导致一系列安全问题。温度过高会使其电阻、电压、电流产生变化，影响电池寿数，引发安全问题。温度过低使其容量下降，过度自放电，当温度低于0℃时，充放电会引发内部析锂刺穿隔阂，引起电池内部短路，产生自燃爆破。热办理体系是操控和优化整车热量的体系。由于新动力运用的是电池，动力方法的改变需要重新构建热办理体系。例如把热办理体系防护规划扩展到电池全生命周期，搭建体系化安全模型，计算机大数据学习，对轿车安全隐患做到全天候监视。一起为使动力电池的电阻维持在合理规划内，电池组的热办理体系有必要高效。目前冷却技能有风冷、液冷、直冷技能三种，国内的电池组热办理体系首要采用风冷技能，国外的一般采用液冷技能。风冷是利用风机为电池组降温。风冷技能原理简单，成本低，可是散热欠好。液冷是利用换热器电池将热量带走。液冷功率高，技能难度大，成本较高。相变资料是利用资料变相（ＰＣＭ）蒸发潜热原理，吸收电池的热量，在充电或许低温时将其热量开释。这种技能散热功率高出液冷4～5倍，结构紧凑，技能门槛较高。

结束语

总而言之，动力电池热失控是一个复杂的进程，其产生展开受多种要素的影响。文章首要从电池资料、规划制作、运用保护和环境条件四个方面临动力电池热失控的产生机理进行了研讨。经过剖析不同要素对热失控进程的影响，建立了一套根据有限元仿真模拟的热失控模型，可用于猜测和评价动力电池在不同运用条件下产生热失控的危险。最后，从资料、结构、规划制作、运用保护和环境条件五个方面临动力电池热失控进行了被动操控与防护的研讨，首要包含抑制锂离子电池资料的热失控和改善电池结构规划及制作工艺，以进步动力电池安全功能，保证新动力轿车安全运行。