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三元锂电池温度-放电倍率耦合加速寿命模型研究

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计量学报 2022年第2期43卷 250-255页

作者：丁鹏飞孙坚徐红伟中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

针对三元锂电池加速寿命测试研究中加速效果不理想的问题建立了两种模型,一种是以环境温度为单一加速因子的基于阿伦尼乌茨模型的加速寿命模型;另一种是以环境温度-放电倍率耦合条件下基于电池寿命衰退经验模型的加速寿命模型。实验结... 详细信息

针对三元锂电池加速寿命测试研究中加速效果不理想的问题建立了两种模型,一种是以环境温度为单一加速因子的基于阿伦尼乌茨模型的加速寿命模型;另一种是以环境温度-放电倍率耦合条件下基于电池寿命衰退经验模型的加速寿命模型。实验结果表明:以环境温度为单一加速因子条件下加速效果有限,相比于温度和放电倍率为25℃、1 C正常条件下,50℃、1 C条件下电池循环充放电次数平均缩短290次;50℃、3 C双因子耦合条件下平均缩短510次;50℃、5 C条件下平均缩短710次。温度-放电倍率耦合情况下相比于单一环境温度情况下,能够有效缩短电池寿命测试充放电循环次数,进而缩短寿命测试时间。利用建立的双因子耦合下加速寿命模型,可以通过高水平加速因子条件去推测低水平或正常水平因子条件下电池寿命特征,从而加快得到电池寿命参数。

关键词：计量学三元锂电池环境温度加速寿命模型放电倍率

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十四醇相变强化三元锂电池散热性能

高校化学工程学报 2021年第3期35卷 440-447页

作者：王佳杰杨亮刘道平胡尚尚上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为了提升三元锂电池的热安全性,通过十四醇相变对三元锂电池进行强化散热,以实验与仿真相结合的方式研究三元锂电池温升特性及不同放电倍率下十四醇填充厚度对锂电池散热性能的影响。结果表明:在低放电倍率下(0.2、0.4 C),锂电池无需强... 详细信息

为了提升三元锂电池的热安全性,通过十四醇相变对三元锂电池进行强化散热,以实验与仿真相结合的方式研究三元锂电池温升特性及不同放电倍率下十四醇填充厚度对锂电池散热性能的影响。结果表明:在低放电倍率下(0.2、0.4 C),锂电池无需强化散热;当十四醇厚度分别为2、4、6 mm时,在0.6 C放电倍率下,电池最高温度分别下降了2.27、8.91、9.93℃;在0.8 C放电倍率下,最高温度分别下降了8.88、18.43、20.31℃;在1.0 C放电倍率下,最高温度分别下降了17.45、23.35、35.60℃,超过45℃时长占比降至22%、8%和0;当十四醇厚度增至6 mm时达到理想散热效果,仿真结果与实验结果误差维持在2℃内,这对三元锂电池热管理具有一定指导意义。

关键词：三元锂电池十四醇散热相变

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风冷对三元锂电池性能影响

清华大学学报（自然科学版） 2024年第5期64卷 889-899页

作者：贺元骅张浩然黄江苏星辰中国民用航空飞行学院民航安全工程学院广汉618300

为了有效揭示风冷对飞机机载三元动力锂电池性能的影响,该文搭建了一种风速可调节的三元锂电池风冷测试平台,从热性能、电性能、材料性能3方面分析风冷对三元锂电池性能的影响。结果表明,风冷可有效降低池体温度,对电性能、材料性能均... 详细信息

为了有效揭示风冷对飞机机载三元动力锂电池性能的影响,该文搭建了一种风速可调节的三元锂电池风冷测试平台,从热性能、电性能、材料性能3方面分析风冷对三元锂电池性能的影响。结果表明,风冷可有效降低池体温度,对电性能、材料性能均有较好的保护作用。施加风冷后,池体表面温度随风速增加而逐渐下降,池体最高温度可控制在45℃内;从而有效缓解正极的形貌结构破坏,同时抑制正极的活性物质损失和活性锂损失;进一步使电阻增加得到有效抑制,在同样循环次数下容量衰减率显著低于无风冷情况,电池的循环寿命延长近一倍。研究结果对机载三元动力锂电池风冷系统建立具有指导意义。

关键词：三元锂电池风冷热性能电性能材料性能

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三元锂电池储能性能与工作环境温度关系研究

电源技术 2022年第12期46卷 1402-1406页

作者：张阳琳别传玉高标张宇平格林美股份有限公司广东深圳518101 报废汽车(含新能源汽车)循环利用湖北省工程研究中心湖北武汉430014 武汉科技大学耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉动力电池再生技术有限公司湖北武汉430014

通过对三元锂电池分别进行充/放电容量测试,并结合脉冲实验,研究了三元锂电池在不同环境温度下的储能性能。结果表明,在放电过程中,随着环境温度从55℃降至-10℃,放电平台电压降低,放电容量减少。在高温(55℃)下放电容量是额定容量的105... 详细信息

通过对三元锂电池分别进行充/放电容量测试,并结合脉冲实验,研究了三元锂电池在不同环境温度下的储能性能。结果表明,在放电过程中,随着环境温度从55℃降至-10℃,放电平台电压降低,放电容量减少。在高温(55℃)下放电容量是额定容量的105.0%,在低温(-10℃)下放电容量仅为额定容量的83.9%。随着环境温度降低,电池产热逐渐增大,内阻升高,放电功率减小,影响电池的正常使用。在充电过程中,随着环境温度从55℃降至-10℃,充电平台电压升高,内阻和充电功率升高,影响电池充电效率。

关键词：三元锂电池环境温度脉冲测试储能性能

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三元锂电池多应力加速老化模型研究

三元锂电池多应力加速老化模型研究

作者：丁鹏飞中国计量大学

学位级别：硕士

三元锂电池具有能量密度大,电压平台高的特点,同时耐高温性能差,稳定性低。研究三元锂电池多应力作用下加速老化模型,建立高精度高水平模型,对电池安全有效使用具有理论和现实意义。本文以2.5Ah圆柱型三元锂电池为研究对象,对加速老化... 详细信息

三元锂电池具有能量密度大,电压平台高的特点,同时耐高温性能差,稳定性低。研究三元锂电池多应力作用下加速老化模型,建立高精度高水平模型,对电池安全有效使用具有理论和现实意义。本文以2.5Ah圆柱型三元锂电池为研究对象,对加速老化模型进行研究。主要研究内容包括:1分析三元锂电池电化学特性,选取环境温度、放电倍率和充电截止电压寿命影响因素为电池老化加速应力,确定电池加速应力强度范围,设计电池加速老化实验流程。2建立分别以环境温度、放电倍率和充电截止电压单应力下电池加速老化模型。根据实验数据分析电池容量衰减特性,建立单应力下加速老化模型。通过验证实验得出在以环境温度和放电倍率为单一应力下模型精度在5.0%以内,以充电截止电压为单一应力模型精度为29.9%。3单一应力条件下模型作用水平有限,为解决此问题,建立基于经验模型的耦合应力条件下加速模型。提出基于单应力条件下模型耦合另一应力对电池的影响,运用粒子群算法,解决加速老化模型多参数求解问题,并通过验证实验得出各模型精度在12.0%以内。4建立基于数据驱动方法的双应力耦合作用电池加速老化模型。以经验模型为基础的加速老化模型无法摆脱具体公式化模型建立过程的复杂性,运用GABP神经网络算法利用大量的实验数据训练得到加速老化模型,实用性更强。BP神经网络算法以电池容量衰退率和两种加速应力值为输入,以电池循环充放电次数为输出,得到各训练模型预测精度在9.0%以内。

关键词：三元锂电池加速老化模型环境温度放电倍率充电截止电压

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三元锂电池挤压热失控火灾安全特性研究

三元锂电池挤压热失控火灾安全特性研究

作者：郝鑫华侨大学

学位级别：硕士

锂电池滥用引起的新能源电动车火灾安全事故层出不穷,极大损害了人民的生命财产安全。车辆碰撞导致锂电池单体受到挤压会对其产生机械滥用,而碰撞是真实车况中的常见事故,因此研究锂电池挤压后性能变化极为重要。三元锂电池是优质动力源... 详细信息

锂电池滥用引起的新能源电动车火灾安全事故层出不穷,极大损害了人民的生命财产安全。车辆碰撞导致锂电池单体受到挤压会对其产生机械滥用,而碰撞是真实车况中的常见事故,因此研究锂电池挤压后性能变化极为重要。三元锂电池是优质动力源,但现有研究对象主要为方壳磷酸铁锂电池和18650圆柱锂电池,且研究目标主要是结构强度特性,缺少安全特性参数研究。掌握三元锂电池挤压后安全特性参数变化规律将填补锂电池安全防护研究的空缺,还能为锂电池制造升级提供指导方向。本研究以三元软包锂电池为研究对象,采用三点弯曲的机械加载方式,对其开展了不同形状挤压头、不同挤压位置和不同初始荷电状态(SOC)条件下的挤压实验。通过不同条件下锂电池挤压实验采集温度、电压、容量、内阻等主要安全特性参数。通过对比分析,获得了各类不同挤压条件与锂电池安全特性参数之间的影响规律。挤压头形状越尖锐细窄,锂电池温度突升时刻越早,突升温度越高,容量损失越大,内阻升高越多;挤压位置越靠近锂电池底部边缘造成的温升越高,更容易发生热失控,挤压位置越靠近极耳,容量损失越多,内阻值越大;锂电池SOC越高,越容易发生热失控,电压降幅越大,容量损失越多,内阻值越大。利用扫描电子显微镜(SEM)对挤压后锂电池正负极材料进行了微观形貌观测,对比获得上述挤压条件下锂电池正负极材料形貌的变化规律。以锂电池一维电化学热反应原理、三维固体传热和固体力学理论为基础,基于COMSOL软件平台建立了三元锂电池的热仿真和应力仿真模型,开展了各类不同挤压条件下锂电池的温度变化和应力变化仿真。仿真结果表明锂电池挤压后温度及形变规律与实际挤压实验具有较好的一致性。论文获得了不同挤压条件下锂电池的热失控火灾安全特性参数变化规律,对锂电池单体、锂电池箱的生产制造和锂电池管理系统设计具有极为重要的指导意义。

关键词：三元锂电池挤压实验安全特性 COMSOL仿真

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三元锂电池过充热失控特性与探测方法研究

三元锂电池过充热失控特性与探测方法研究

作者：张萌启华侨大学

学位级别：硕士

随着人们对环境的关注度越来越高,比起传统石油供给的汽车,越来越多的人选择电动汽车出行。三元锂电池因比能量高、电压平台高,低温性能好,越来越多的公司选择三元锂电池作为电动汽车的动力源,但近年来由于三元锂电池的不合理使用引发... 详细信息

随着人们对环境的关注度越来越高,比起传统石油供给的汽车,越来越多的人选择电动汽车出行。三元锂电池因比能量高、电压平台高,低温性能好,越来越多的公司选择三元锂电池作为电动汽车的动力源,但近年来由于三元锂电池的不合理使用引发的热失控火灾事故对人民的生命财产安全造成了极大威胁。调查研究表明,过充是三元锂电池使用过程中引起热失控现象的典型原因之一。因此分析三元锂电池过充特性,研究三元锂电池过充时特征参量的变化,构造三元锂电池过充探测方法具有重大的研究意义。本文以额定容量为5Ah的三元锂电池为研究对象,研究三元锂电池过充热失控机理,参考多种标准搭建三元锂电池过充热失控平台并设计实验方案,开展大量三元锂电池过充热失控实验,获取三元锂电池过充全过程中电压、温度、气体和视频数据。根据三元锂电池过充温度和电压的特性将三元锂电池过充热失控过程分为三个阶段,三元锂电池热失控初期、三元锂电池热失控中期和三元锂电池过充热失控末期。初期电池外观变化不明显,中期电池开始鼓包,末期电池起火爆炸或仍呈鼓包状。在三元锂电池爆炸前三元锂电池的电压和温度整体上呈上升趋势,且在不同的阶段电压上升速率和温升速率不同。三元锂电池气体的产生总是在电池爆炸之前。根据三元锂电池过充热失控全过程中温度、电压和气体特征参量的变化,构造出三元锂电池过充预警算法,其可以判断出三元锂电池是否过充以及过充的三个阶段。本文开展了验证实验对三元锂电池过充预警算法进行验证,验证试验结果表明,三元锂电池过充热失控预警算法可以准确判断三元锂电池的过充过程的三个阶段,实现了三元锂电池过充热失控前的可靠预警,为有效地预防三元锂电池过充火灾事故提供了技术支撑。

关键词：三元锂电池过充热失控多参量分析荷电状态

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水凝胶对三元锂电池热失控抑制效果研究

中国安全科学学报 2024年第5期34卷 186-194页

作者：刘淳元张国维杨林欧阳晨亮张作睿中国矿业大学深圳研究院广东深圳518057 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 北京市海淀区消防救援支队北京100080

为快速有效扑灭锂离子电池火灾,解决灭火时间长、耗水量大等消防领域关注的难题,探究水凝胶灭火剂对大容量锂离子电池热失控的抑制效果。首先,借助环境扫描电镜,分析水凝胶在高温下微观结构的变化;然后,搭建锂电池燃烧试验平台,开展水... 详细信息

为快速有效扑灭锂离子电池火灾,解决灭火时间长、耗水量大等消防领域关注的难题,探究水凝胶灭火剂对大容量锂离子电池热失控的抑制效果。首先,借助环境扫描电镜,分析水凝胶在高温下微观结构的变化;然后,搭建锂电池燃烧试验平台,开展水凝胶灭火试验;最后,以车用135 Ah方形铝壳三元锂电池组为试验对象,采用电加热的方法诱导其发生热失控,探究水凝胶对锂电池的降温抑制效果。结果表明:水凝胶受热后,内部孔状结构被破坏,有利于其黏附在物体表面持续降温;使用水凝胶灭火降温时,电池表面最大降温速率是水的2倍,水凝胶喷放结束后,锂电池温度回升速率较为缓慢,升温速率仅为水的一半;与水相比,水凝胶延缓相邻电池发生热失控的时间更长,这可以为救援逃生带来更长的安全时间。

关键词：水凝胶热失控三元锂电池抑制效果降温速率安全时间

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三元锂电池电动自行车火灾燃烧特性研究

消防科学与技术 2024年第5期43卷 722-725页

作者：何学超刘振飞何瑾应急管理部四川消防研究所四川成都610036

通过对三元锂电池电动自行车开展实体燃烧试验,研究了电动自行车火灾的发展和蔓延过程,分析了燃烧现象、温度及烟气变化等典型特征。试验结果表明,电动自行车火灾发展迅速,燃烧过程中伴随射流火和爆炸现象。在距地面1 m处,测得的火羽流... 详细信息

通过对三元锂电池电动自行车开展实体燃烧试验,研究了电动自行车火灾的发展和蔓延过程,分析了燃烧现象、温度及烟气变化等典型特征。试验结果表明,电动自行车火灾发展迅速,燃烧过程中伴随射流火和爆炸现象。在距地面1 m处,测得的火羽流温度最高可达730℃,此时对应的最大热释放速率为1 290 kW。通过对烟气毒性进行评估,计算得到有效剂量百分数FED值为1.8,表明在此火灾环境中大约一半人员会因烟气毒气危害而丧生。此外,产生的烟气中还包含大量易燃易爆气体,其中H2含量最高为2 300μL/L。

关键词：三元锂电池电动自行车火灾火蔓延烟气毒性