气压及加热功率对锂离子电池热安全的影响机制

随着锂离子电池的普及应用，其在航空低气压环境下的热安全问题受到广泛关注。对此，在20～95 kPa的气压环境下，以30～100 W的加热功率诱导电池热失控，通过电池热失控现象、温度及时间的分析，研究航空低气压环境下加热功率对锂离子电池热安全行为的影响机制。研究表明：气压的降低导致电池安全阀打开时间提前，但由于低气压环境下对流换热系数和特征达姆科勒数的减小，电池从安全阀开启到热失控的过渡时间延长；而加热功率的提高显著缩短了电池的热失控时间，加剧了电池热失控燃爆，同时也缩短了电池的加热时间，导致外部热源传递给电池的热量减少，热失控过程中电池表面峰值温度降低；在二者的综合作用下，电池的热失控时间总体呈现出随功率增加而减小的趋势，但气压的作用导致其变化规律呈现出明显差异。为实现气压及加热功率综合影响下电池热失控时间的预测，通过多项式拟合，构建电池热失控时间预测模型，预测精度控制在(3±2) s。     

锂离子动力电池系统多尺度热安全研究

锂离子动力电池系统作为电动汽车最重要的核心部件，其动力性能和安全可靠性的提升是中国电动汽车进一步规模化发展的重大需求。锂离子动力电池的热安全问题贯穿于电池系统的整个生命周期，且在单体-模组-系统不同空间尺度下的表现形式不同。针对锂离子动力电池系统多空间尺度热安全问题，分别从单体电池生热、模组温度均一性、电池系统安全可靠性3个方面归纳总结了目前动力电池热安全设计的最新进展，并对一些重要研究成果进行了着重介绍，总结了锂离子动力电池系统热安全设计亟待解决的关键问题，提出了可行的解决方案，对今后的研究方向进行了展望，旨在为电池系统动力性能和安全可靠性提升提供有益的借鉴和参考。     

基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率分析方法

常用实验手段测得单节锂离子电池热释放速率无法真实反映航空运输包装件内大量锂离子电池因发生多米诺效应导致热量散失及传递过程间歇性变化。本文提出一种基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率等效分析方法,即通过自主设计的实验平台对3×3排布的典型18650型锂离子电池热失控后发生的多米诺效应及各节电池表面温度进行分析。利用FLUENT使用标准18650型锂离子电池热释放速率曲线用于同等实验条件下的锂离子电池热失控传播仿真模拟,采用二分法逐次修正标准热释放速率、使仿真和实验的锂离子电池表面温度相符。将获得等效的锂离子电池热释放速率曲线再次应用于仿真,得到各电池的最高温度及达到最高温度的时间和实验数据相吻合,验证了修正后的等效热释放速率模型可靠性。该方法可适用于各型号及不同数量包装件内锂离子电池热释放速率获取,指导航空运输锂离子电池火灾防控工程实际。     

锂离子电池热失控气体燃烧对热失控传播影响的量化方法

为量化锂离子电池热失控过程产生热失控气体对热失控传播的影响，基于能量守恒方程和铜基电池量热法，提出了一种计算热失控气体燃烧对热失控传播贡献占比的方法。选取商用18650型电池，利用自主设计搭建的热失控气体释能测算实验平台获取计算所需参数。实验结果表明：第1节电池热失控气体燃烧释放的能量在第2节电池热失控所需能量中占比达到5.42%，使第2节电池自产热增加了42%，热失控时间提前了29%。研究结果有助于进一步探索热失控传播过程中的能量传递效率，为单元层级和系统层级的电池安全设计提供理论支持。     

锂电池相变材料/风冷综合热管理系统温升特性

锂电池在高倍率充放电过程中会产生大量热量,此热量不及时散出会导致电池超温进而影响电池的使用寿命,甚至导致安全事故。本文设计了一种新型相变材料/风冷综合热管理系统(TMS),并对综合热管理方式下的电池温升特性进行了实验和理论研究。基于集总参数法,结合电池生热及散热机理,建立了电池发热功率计算模型以及相变材料/风冷综合TMS电池温度场数学模型,计算了电池单体发热功率,分析了环境温度、电池充放电循环初始温度、相变温度、对流热阻以及电池和相变材料之间的导热热阻对电池综合TMS性能的影响。结果表明:综合TMS的冷却性能优于纯风冷热管理系统;电池充放电过程为非稳态传热过程,因此较高的初始温度带来超温风险;电池温度场数学模型能准确反映电池升温行为;较高的环境温度下,电池最大温升幅度降低,但可能导致电池最高温度超过安全温度;相变材料的相变温度越低,电池最大温升越低;减小导热热阻及对流热阻能显著提高TMS性能。     

电动汽车动力电池生热模型和散热特性

结合Bernardi生热速率模型建立了单体电池正极片集流体、负极片集流体和电池极板的热耦合模型以及成组电池传热模型;利用Fluent软件仿真分析了自然通风环境中LiFePO₄单体电池的生热特性,模拟了强制空气对流冷却条件下成组电池的生热和散热特性,分析了电池箱出风口位置对电池温度的影响;计算了不同放电倍率下电池组温度变化.计算结果表明:动力电池恒流放电末期,正、负极片的电流密度最大值出现在极耳处,正、负极耳温度高于极板温度,且正极耳温度大于负极耳温度;强制冷却条件下成组电池热特性满足安全工作温度要求;电池箱出风口位置直接影响冷却空气速度场和电池组温度场分布,出风口设置在电池箱下部有助于改善其热状态一致性.对特征点温度监控数据与仿真结果的误差小于5%,能够满足工程需要.      

动态参数测量系统的电源可靠性设计

描述了具有热电池和带有低温加热电路的锂电池双备份的系统电源设计。介绍了当供电电源出现过压、欠压和中断情况时,系统的保护设计。提供了防护措施以保障热电池的安全性,并给出了系统总体设计框图。     

面向智能化管理的数字孪生电池构建方法

动力电池在长时宽温域运行时，其使用性能、寿命和安全性随时间动态演变，存在单体性能不一致、系统容量快速衰减或内部缺陷诱发的电池热失控等问题，需要全气候、全生命周期电池精准管理技术。突破智能化管理的数字孪生技术、构建数字孪生电池为提升电池管理能力带来了新的解决方案，已逐步成为行业发展趋势之一。围绕动力电池精细化管理技术发展趋势，针对数字孪生动力电池构建需求，从系统建模与管控需求等方面分析了数字孪生电池建模的基本准则，系统性阐述多维度、多尺度、多物理场融合的数字孪生电池的构建方法，并结合团队前期研究分析了某电池数字孪生的实践案例，探索了数字孪生电池在生产设计、全生命周期管理等场景下的应用可能性，为电池管理技术发展提供思路与参考。      

空气域与流体域耦合作用下双层电池包散热特性

多层垒叠电池包内空气域的存在使各层模组热流场耦合在一起,从而影响电池模组的散热性能。以方形双层电池包为研究对象,建立考虑电池模组与空气对流换热的液冷热模型。该模型中电池发热功率基于试验测定结果,前处理软件采用ANSA确保仿真精度,后处理软件采用CFX,对在不同放电倍率、冷却液进液方向和进液流量下双层电池结构中空气域对液冷热管理系统热行为的影响进行了研究,并与不考虑空气域同工况仿真结果对比。结果表明:空气域的存在不会对液冷双层电池包上下层模组温度分布产生影响;但可以降低上下层模组间的温差,其中上下层模组最高温升的差值最大可降低49.1%,改善了整包电池温度的一致性。      

低温锂离子电池研究进展

随着能源需求的日益高涨，锂离子电池（LIB）在各个领域内的应用愈发广泛。为满足极端气候等特殊应用环境对储能器件的需求，LIB需拓宽其工作温度范围。从材料和电池结构角度详细总结了应用于低温条件LIB的最新研究进展。首先，分析了限制LIB低温性能的根本原因；然后，分别从电解液的研发与优化、电极材料的改性和开发、新型电池体系的开发、电池热管理系统（BTMS）设计4个方面归纳并讨论了在低温情况下改善LIB性能的途径和方法；最后，总结了低温LIB研究亟待解决的问题，并为新一代低温LIB的发展提出了可行的研究方向。      

基于热失控风险指数的锂电池安全评价方法

针对当前锂电池安全性研究侧重于特征参数实验测量及反应机理分析，基于风险评估理论提出锂电池热失控风险指数并应用于锂电池安全定量评价，以点燃参数乘以环境因子表征锂电池热失控风险发生概率，以热释放参数和火势增长参数表征风险造成后果。选取陆空联运的冷链货物温度监测装置中常用的锂锰电池（CR）和锂亚硫酰氯电池（ER），利用自主设计搭建的锂电池热失控实验平台获取上述参数并计算热失控风险指数。实例分析表明:适合于陆空联运的冷链货物ER14250型锂电池热失控风险指数为0.84，其安全性相对最高。所提方法可直接指导陆空联运冷链货物温度监测装置的锂电池选择，保证运输安全。      

正极粉中钙含量的测试技术

提出了一种N2O-C2H2火焰原子吸收光谱法测试热电池正极粉中钙含量。并对样品消化处理条件和干扰因素进行了综合考虑。该方法具有很好的灵敏度、很好的重现性、同时具有方法步骤简单,操作容易掌握,干扰少等特点。测试样品钙含量,相对标准偏差均小于1.0%(n=10),标准加入回收率均在97.0%~102.0%(n=6)范围。达到了实验室的仪器分析质量与测试技术质量控制要求。     

伺服动力电源技术发展概述

近年来，机电伺服系统在航空、航天领域得到了广泛应用，逐渐形成了新的推力矢量控制和舵面控制实现方式，并推动了伺服动力电源的多样性发展。研究了国外运载火箭、导弹及飞机伺服动力电源技术的发展现状，梳理了各类场景中伺服动力电源的应用特点及未来需求，对比了常见的热电池、锌银电池、锂离子电池及涡轮发电等各类伺服动力电源的技术特点，并提出了高电压、高比功率、高比容量（新型电池，涡轮发电）、一体化/智能化/高可靠等伺服动力电源技术的未来发展方向。     

车用锂离子电池直冷热管理系统用冷媒研究进展

电动汽车用直冷系统是未来电动汽车热管理系统的可行解决方案之一,在整车减重、改善温度一致性等方面具备较大潜力。冷媒是直冷热管理系统的重要组成,影响直冷系统制冷能力、效率、安全性等因素。选择高效、匹配的冷媒对直冷热管理系统设计格外重要。梳理了近年来电动汽车直冷热管理系统用冷媒的研究进展。首先,基于电动汽车工况阐述了锂离子电池的热特性需求与直冷热管理系统特性;其次,系统分析了常用冷媒特性的定义与表征;然后,详细介绍了单质冷媒与混合冷媒的研究进展;最后,总结了冷媒亟待解决的问题与未来展望,并为新一代直冷热管理系统用冷媒的发展提出了可行的研究方向。      

储能钠硫电池保温层优化设计

为解决钠硫电池非真空保温结构存在的厚度过大、寿命短、可靠性不佳等问题,利用多层平壁导热理论建立保温结构数学模型,采用有限元分析软件ANSYS进行实体建模与数值模拟,分析不同性能保温材料对实际性能的影响,并提出一种通过了实验验证的钠硫电池保温结构优化设计方案.结果表明,优化方案满足了保温结构设计的需求;通过应用新型保温材料使保温结构厚度缩减了37.5%,从而减小了整体体积与重量;总结出根据材料属性与热阻安排保温材料布局的思路,保证了各保温材料在工作条件下的安全可靠.这对未来钠硫电池以及其他装置的保温结构设计与优化提供了技术参考.     

选择性激光烧结PC粉末的建模研究

建立选择性激光烧结粉末快速成形工艺过程的数值计算模型,并用于估算烧结深度.在该计算模型中,综合考虑了材料的热物性参数随温度变化的情况和激光光强分布不均匀的因素.采用有限差分方法求解烧结过程中的瞬态传热微分方程,对烧结深度进行模拟计算,结果与实验值吻合较好.     

基于锂离子电池温降指数的细水雾添加剂筛选方法

为对比细水雾添加剂抑制锂离子电池热失控多米诺效应的效果，提出锂离子电池火灾温降指数模型及其测试方法。利用自主设计的锂离子电池热失控实验平台开展含不同添加剂细水雾抑制多米诺效应实验，确定每种添加剂作用后的温降指数，对每种添加剂的作用机理进行分析。结果表明:加入添加剂后温降指数明显增大，表明添加剂可显著提高细水雾阻断热失控连续传播效果；无机盐类添加剂作用后抑制效果高于表面活性剂类添加剂，主要增强了细水雾的化学灭火作用；进一步对比温降指数发现，几类样品中NH₄H₂PO₄加入后细水雾抑制效果最好。利用温降指数对细水雾添加剂抑制热失控多米诺效应进行评估，为筛选细水雾添加剂灭火剂提供理论基础。