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。      

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。     

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。      

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。     

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.      

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。     

连接方式对电池模块一致性与产热影响

为了研究锂离子电池成组使用时遇到的不一致性和温度不均的问题，基于电化学-热耦合模型，以8块软包电池为例，通过多种串并联方式建立不同的电路模块，分析在1C和0.5C放电过程中电池的温度特征和不一致性。结果表明:电池模块的均温性和一致性与放电倍率有关。不管是先串后并还是先并后串，并联支路的增加或者是串联单元数量的减少都会使电池模块的平均温升和最大温差降低，还会影响温升速率和放电结束时的电压。并联支路数相同时，先串后并模块的一致性要比先并后串好。对于先并后串的模块，其并联支路中串联电池的数量越多，放电过程中电池之间的一致性越差。对于先串后并的模块，其并联的支路数越多，电池的一致性越差。      

座舱瞬态热载荷的计算与仿真

以我国新一代战斗机的研制为背景,提出了高精度的飞机座舱瞬态热载荷的计算与仿真方法.与传统的计算方法相比,通过联解传导-辐射-对流耦合的控制方程以求出蒙皮温度、座舱各壁面温度,同时考虑了透过舱盖、风挡等透明体的太阳辐射对舱内驾驶员、座椅及仪表盘这类内表面温度和舱内空气温度的影响.通过将座舱内外壁面和舱内空气作为一体联解方程组后,结合某飞行剖面求解了飞机座舱实时瞬态热载荷,并比较了采用本方法与传统方法对计算精度的影响.      

基于热管散热平台的热光伏系统实验研究

针对深空探测同位素电源的发展需求,设计了一套基于热管散热平台的热光伏系统,采用分离型热管实现了热光伏系统的热控要求,并实验验证了热光伏系统的热电转换性能。研究了加热功率、充液量对热管启动特性、壁面温度的影响,分析了辐射器温度、电池温度对系统电输出特性的影响,并对系统的转换效率进行了评估,结果表明：采用热管散热器可有效将半导体电池温度控制于25℃以下,在辐射器温度为1 173℃时,系统热电转换效率达到12.1%。     

蒸发效应与热毛细对流耦合现象的实验研究

实验研究了矩形液池中蒸发薄液居中蒸发效应与热毛细对流的耦合机理. 对于单纯的热毛细对流稳定性从实验和理论上已有深入研究,但目前国际上对带有菇发界面的热毛细对流问题尚缺乏研究. 特别是近来的研究发现,气液界面的蒸发对热毛细对流稳定性有很大的影响. 本实验以温度为主要控制参数,测量了不同工况下蒸发界面不同点的蒸发速率和表层温度,并利用 PIV 方法分析得到了液体内的嘛场分布. 实验结果发现,随着沿界面的温差增加,蒸发液体内的流型从稳定的单涡胞结构变为稳定的多祸胞结构,并最终演变为紊流结构. 综合分析以上测量结果并与理论分析结果进行了比较。      

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。     

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。      

高高原低气压环境对锂离子电池循环性能的影响

随着锂离子电池在中国高高原地区及机场的应用，其在高海拔低气压环境下的循环性能及老化机制成为一个亟须解决的问题。对此，在96 kPa-25℃（常温常压）及60 kPa-25℃（常温低压）环境下，通过电池健康状态、直流放电内阻、电化学阻抗、容量增量及微分电压曲线等电池电化学特征参数对NCM523软包锂离子电池的老化行为进行了分析。研究表明:60 kPa低气压环境加速了锂离子电池老化进程，电池内部结构受60 kPa低气压应力影响，致使电池欧姆阻抗和电荷转移阻抗较常压工况分别增加6.22%和45.76%，锂脱嵌反应受限，电池界面动力学衰退；因电池阻抗增大造成以正极活性锂离子损失主导的循环容量加速衰减，电池健康状态衰减率较常压工况高3.08%。      

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。      

锂离子电池SOC及容量的多尺度联合估计

锂离子电池的荷电状态（SOC）和电池容量估计是电池管理系统的核心。由于SOC和容量在估计过程中参数相互影响,提出一种适用于三元锂离子电池SOC及容量的多尺度联合估计方法。采用戴维宁等效电路模型,建立数学模型及状态空间方程。针对不同温度下电池特性不同的问题,在不同温度下开展了模型参数辨识,建立了参数随SOC及温度的变化关系。基于双扩展卡尔曼滤波（DEKF）算法建立了电池状态多尺度联合估计模型,对电池的SOC、极化电压在微观时间尺度上进行估计,对电池的容量在宏观时间尺度上进行估计,并对SOC估计中的容量进行更新,保证了电池长期估计的精度。在宽温度范围内进行验证,所建立的三元锂离子电池多尺度联合估计方法具有较高的精度。