冷板阻热层对锂电池模组散热均匀性影响

锂电池模组温差过大引发电池间充放电、老化衰减速率不一致,致使其性能变差。为了进一步降低锂电池模组工作温差,提出一种设阻热层的新型冷板,即通过在冷板冷却液入口处与锂电池间增设阻热层增大热阻、抑制锂电池与冷板间热交换改善其散热均匀性。利用新型冷板对锂电池模组3 C放电冷却散热进行建模仿真计算,分析了并行流道、并联蛇形流道以及分叉型流道等3种不同流道冷板增设阻热层对锂电池模组放电散热均匀性影响,以及阻热层材料导热系数、厚度及覆盖面积对锂电池模组冷却散热均匀性影响。结果表明:在3种流道冷板上增设阻热层均能有效降低锂电池模组工作温差。随着阻热层材料导热系数减小,锂电池模组最高温度和温差均先减小后增加。随着阻热层厚度、阻热层覆盖面积增大,锂电池模组工作最高温度和温差均先减小后增大。采用长80 mm、宽80 mm、厚1 mm导热硅胶垫阻热层,分叉型流道冷板冷却锂电池模组3 C放电最高温度和温差降至306.55 K和4.89 K。

应用阻抗谱的锂电池模组早期内短路故障诊断

针对锂电池模组内部内短路故障单体诊断困难、检测效率低下的问题,提出应用电荷传递内阻和固体电解质界面膜内阻比值变化幅度的锂电池模组早期内短路故障诊断方法。所提方法基于电化学阻抗谱对内短路故障演化过程中锂电池内部电化学反应变化进行监测,利用弛豫时间分布方法针对阻抗谱特征进行量化分析。在阻抗谱由单体维度到模组维度正向推衍的基础上,筛选满荷电状态下电荷传递内阻和固体电解质界面膜内阻作为主要的评估指标,并根据阈值诊断模型搭建实验平台进行验证。实验结果表明:欧姆内阻和电荷传递内阻随着内短路故障程度的加深逐渐增大,固体电解质界面膜内阻整体呈现出逐渐减小的趋势;当模组电池数控制在8节以下时,通过阈值诊断模型对存在故障单体的模组识别准确率可以达到100%。通过对阻抗谱特征的精确辨识与分析,该方法能够有效实现锂电池模组早期内短路故障的准确诊断。

基于概率函数触发的锂电池模组热失控蔓延建模与分析方法研究

针对现有数值模拟方法难以准确反映锂电池热失控触发温度概率性变化的问题,提出基于概率函数触发的锂电池模组热失控蔓延建模方法。该方法首先通过统计分析实际锂电池热失控温度区间和数量分布,以此计算出各温度区间热失控触发概率,然后基于提出的概率触发模拟器实现仿真过程概率触发,采用实验数据对该方法的有效性进行验证,最后对概率函数触发条件下的热蔓延路径及其概率进行分析。结果表明,存在包括跳跃式热失控现象在内的多种热失控蔓延路径,其中顺序热失控的概率最高,而跳跃式热失控的概率最小。所提出的方法为研究锂电池模组热失控蔓延过程的概率性提供有效的研究工具和分析方法。

基于电化学阻抗谱的锂电池模组短路故障诊断方法研究

电化学阻抗谱能够反映电池内部关键状态信息,利用电化学阻抗谱可实现对电池的监测及故障诊断,避免发生安全事故。针对电动汽车在充电时发生安全事故的概率最高且大部分是由电池短路所引起的问题,设计了一种能够在电池充放电时提取电池模组与电池单体阻抗信息的充电桩装置,对锂电池模组短路故障诊断方法进行了研究。首先,详述了所设计充电桩的拓扑与控制方法以及电池模组阻抗测量的原理;然后,通过仿真验证了充电桩可以在对电池模组进行充放电的同时提取其阻抗信息,并分析对比了两种扰动信号的优劣、不同程度短路故障下电池单体与电池模组的阻抗变化以及不同支路的电池发生短路时对模组阻抗的影响;最后,得到了短路故障下电池单体与电池模组的阻抗谱都会缩小并向左移动,并且短路电池越集中在同一支路,模组的阻抗变化越明显的结论。

锂电池模组导电排激光焊接缺陷及影响因素分析

通过介绍锂电池模组极柱与导电排激光焊接的原理、熔深、熔宽及焊接轨迹和熔接面积的定义,分析焊接过程中产生的如凹坑、虚焊、断焊、偏焊等各类缺陷的外观,初步判断各类缺陷产生的可能原因。采取改变设备参数等方法进行缺陷复现试验,复现导电排焊接缺陷,分析确定各缺陷产生的根本原因。最后制订预防措施,采用焊前清洗基材表面、检查夹具压紧状态、检查设备参数设定、首件检查等方法可有效降低锂电池模组激光焊接过程焊接缺陷发生概率。

大容量锂电池模组过充热失控分析

为提高动力电池的安全性,降低热失控的风险,以某款标称容量为166Ah的大容量锂电池模组作为研究对象,在常温25℃试验环境下,利用充放电测试系统以1/5C恒流对电池模组进行过充电热失控试验,研究其过充电热失控的反应特点和行为特性。结果表明:在常温25℃试验环境下,该电池模组充电至154%SOC,发生热失控行为。过充热失控反应存在明显的演变过程,热失控发生前电芯一致性变差,内部电压的下降时间超前于模组的热失控异常升温时间,对热失控进行预警。

锂电池模组液冷并联蛇形流道结构设计及优化

锂离子电池被广泛应用于化学储能系统,然而由于该电池固有的产热特性,热失控成为了化学储能电站的一大安全隐患。因此优化设计电池热管理系统,有效避免热失控现象,对化学储能系统安全运行至关重要。文中设计了一种兼具串联折返与并联分支结构的新型并联蛇形流道液冷板,通过仿真实验,研究液冷板流道结构、液冷系统布置、冷却液入口流速对最高温度、温度分布均匀性、进出口压降的影响,以达到优化液冷系统的目的。结果表明,相同冷却液入口流速下,与传统并联流道相比,新型流道的最高温度降低0.2849 K、模组组内温差降低0.4663 K,与传统蛇形流道相比,其进出口压降减小40.18%;基于并联蛇形流道液冷板,液冷系统的最佳布置方案为冷却液二分口注入+液冷板交错布置;不同液冷板流速差异化设置,即两侧液冷板入口流速设定为0.1 m/s,居中液冷板入口流速设定为0.2 m/s,较四板保持相同流速为0.2 m/s的方案,电池模组组内温差降低13.62%,列间温差降低82.59%,能耗降低44.87%,达到“降本增效”的优化效果。合理的流道结构、交错的液冷板布置以及差异化的入口流速设计可以优化电池模组的液冷系统,增加电池模组运行的安全性。

液氮抑制外部加热和过充锂电池模组热失控

为抑制锂离子电池模组的热失控传播,构建液氮(LN)对热失控的抑制试验系统,揭示在外部加热和过充条件下,LN对锂离子电池模组热失控传播的抑制作用。结果表明:外部加热条件下,热失控自紧贴加热板的电池向两侧传播,共6块热失控电池;同条件下,注氮后热失控电池温度降低超过100℃,峰值温度降低70℃以上,LN冷却效率为42.9%,有效利用率为4.1%,热失控剧烈程度降低,传播被阻断;改变加热板位置使LN不直接接触热失控电池时,LN的冷却效率为18.3%,有效利用率仅为2.1%,远低于接触组,且热失控电池回温至207℃,LN不能终止电池热失控进程,LN直接接触热失控电池时达到最佳抑制效果。过充条件下,电池模组内共7块热失控电池,峰值温度均超过345℃;注氮组无热失控电池,电池峰值温度为127.4℃,LN冷却效率为41.7%,在电池模组压降时注氮可防止热失控发生。

锂电池模组膨胀位移分析方法

为了解决锂电池模组膨胀后期尺寸超标的问题,提出了一种膨胀位移分析方法。定义了核心部件的尺寸,确保电芯安装的预紧力。重构结构模型,消除了预紧力对仿真结果的影响;分析了生命末期(EOL)状态下的应力和膨胀位移,结果满足系统的边界要求。搭建了膨胀位移测试平台,按照1 C/1 C循环工况,测试模组的膨胀位移,结果表明:模组膨胀位移5.028 mm小于仿真的分析值,满足系统边界的要求。

不同荷电状态锂电池模组热扩散特性的研究

随着动力锂电池技术的快速发展,电池比能量得以不断提升。然而外部滥用条件可能会引发电池热失控,释放更多的能量,产生更大的破坏力。以不同荷电状态的某三元锂电池模组为研究对象,对其进行挤压触发的热扩散试验。通过对各试验组样品第1颗电芯失效时的热失控表现、最大挤压力、最高温度等关键参数进行分析和比对,发现荷电状态的高低对锂电池模组热扩散行为有显著影响。在高荷电状态下,模组受挤压时靠近挤压点的电芯会先发生剧烈的热失控,进而导致相邻电芯依次热失控。在低荷电状态下,靠近挤压点的电芯不会发生剧烈的燃烧、爆炸现象,也不会影响相邻电芯造成热扩散。文中的研究成果可以为该型三元锂电池在运输、存储过程中安全荷电状态限值的确定提供参考。

锂电池模组异常报警系统的研究

锂电池存在内电路引发的热失控安全隐患,在特定情况下有起火爆炸的风险。运用嵌入式技术、无线传感网络技术、物联网技术,实施对大型动力锂电池模组的温度与电压等参数进行联网实时监测,以期早期发现异常安全隐患并预警。

隔热层对锂电池模组热失控蔓延特性影响的实验研究

本文中对不同类型隔热层对电池模组热失控蔓延特性的影响进行了实验研究。结果表明:隔热层具有延长电池模组热蔓延时间、防止电池喷阀后起火和降低模组热蔓延最高温度的作用;其中预氧化丝气凝胶隔热层热蔓延抑制效果最优,其模组完全热蔓延时长是使用陶瓷气凝胶隔热层模组的138%,是使用纳米玻璃纤维隔热层模组的279%。

动力锂电池模组多工位多电性能参数测试调度方法研究

针对多组动力锂电池多电性能参数测试过程存在测试通道闲置,整体测试时间较长、测试效率低的问题,研究动力锂电池模组多工位测试系统,并提出动力锂电池模组多工位多电性能参数任务调度方法。通过对电性能参数测试任务进行拆分并构建任务单元测试路径集,基于测试路径集求解任务调度总时间;基于蚁群算法(ant colony algorithm,ACA)对测试任务单元进行调度,求解最优任务测试路径集及测试总时间。结果表明,利用该方法对动力锂电池模组测试任务进行调度,可缩短49.3%测试总时间。

储能锂电池模组SoE运行区间评估方法研究

为提高电池储能单元控制精度,保证储能系统高效稳定运行,研究了储能锂电池模组能量状态(state of energy,SoE)运行区间。在分析跟踪计划发电、风光功率平滑运行模拟工况,以及电池电压极差、电池电压标准差系数等评估指标的基础上,提出了储能锂电池模组SoE运行区间评估方法。然后,对实际运行的锂电池模组进行了跟踪计划发电、风光功率平滑模拟工况试验,并通过分析电池电压极差、电池电压标准差系数的变化,确定了2种运行工况下锂电池模组的SoE运行区间。研究结果表明,采用分析模拟工况试验中电池电压极差、电池电压标准差系数的方法能有效评估储能锂电池模组的SoE运行区间,为提高储能单元能量利用率提供了技术手段,对于保证锂电池储能系统高效稳定运行具有指导意义。

某锂电池模组不同工况放电性能研究

某锂电池模组以不同工况进行放电测试,通过测量放电过程中温度变化及放电容量,对该锂电池模组不同倍率、不同功率下的放电性能进行研究。结果发现:该锂电池模组3 C放电最高温度达到63.1℃,0.2C放电最高温度31.7℃,3 C放电容量为0.2 C放电容量的97.3%,表明随着放电倍率的增大,电池模组的温度上升,放电容量下降;该锂电池模组5000 W放电最高温度达到56.3℃,500 W放电最高温度30℃,5000 W放电容量为500 W放电容量98.4%,表明随着放电功率的增大电池模组的放电容量下降。说明,锂电池以不同倍率、不同功率放电会产生不同温度,不同的温度对锂电池放电性能有重要影响。因此维持在合理的工作温度对锂电池放电性能很关键,本文通过锂电池模组不同工况放电性能研究,为该电池模组后期装备热管理设计提供试验支撑。

某锂电池模组不同工况放电性能研究

某锂电池模组以不同工况进行放电测试,通过测量放电过程中温度变化及放电容量,对该锂电池模组不同倍率、不同功率下的放电性能进行研究。结果发现:该锂电池模组3 C放电最高温度达到63.1℃,0.2C放电最高温度31.7℃,3 C放电容量为0.2 C放电容量的97.3%,表明随着放电倍率的增大,电池模组的温度上升,放电容量下降;该锂电池模组5000 W放电最高温度达到56.3℃,500 W放电最高温度30℃,5000 W放电容量为500 W放电容量98.4%,表明随着放电功率的增大电池模组的放电容量下降。说明,锂电池以不同倍率、不同功率放电会产生不同温度,不同的温度对锂电池放电性能有重要影响。因此维持在合理的工作温度对锂电池放电性能很关键,本文通过锂电池模组不同工况放电性能研究,为该电池模组后期装备热管理设计提供试验支撑。

锂电池模组液冷试验研究

电动汽车的核心动力部件是锂电池模组,因其高能量密度的特点,被广泛应用于新能源汽车中。然而,锂电池模组在充放电过程中会产生大量的热,热量长时间积聚会导致其内部温度升高,从而影响电池的容量、循环寿命和安全性。通过自主搭建的面向液冷的电池热管理实验平台,试验研究了不同放电倍率、不同环境温度、不同冷却液流量和不同冷却液温度,对锂电池模组表面最大温度和最大温差的影响。实验结果表明:放电倍率越大,锂电池模组的表明温度和温差也越大,在放电倍率2C以下锂电池模组工作状态稳定;较低的冷却液温度能够有效地降低锂电池模组表面温度,冷却液流量增加同样能加快锂电池模组表面散热;对于锂电池模组表面温差,较大的冷却液流量和较低的冷却液温度都能够很好地控制锂电池模组表面温差,提高温度的一致性;并非冷却液流量越大,冷却效果就越显著,当流量逐渐提高到某一量值后再继续增大,锂电池模组表面温度没有明显改善。

基于锂电池模组的风冷方式研究

风冷技术虽已广泛应用于动力锂电池系统,但目前锂电池系统风冷的研究主要集中在如何利用电芯间隙冷却,电芯排布方式和模组进出风口形式的设计上,然而这些方法在实际应用中具有一定的限制。针对以上问题,本文在模组底部加装导热垫及散热片,同时利用计算流体力学的方法对该技术方案进行数值模拟,并分析对比加装不同形式的散热片,电池模组内电芯温度的差异。结果表明,模组底部加装散热片能够快速的将电芯的热量传递给冷却气流,并有效降低电芯间的温差;交错翅片型散热片的散热性能优于平直翅片型散热片;翅片数量及厚度在一定程度上影响了散热片的散热性能。

锂离子电池模组热失控传播实验研究

为了提升电池热安全和汽车可靠性,开展电池模组热失控传播研究。针对圆柱形21700锂离子电池的热失控传播特性,通过实验研究了电池荷电状态、单体间距等因素对21700锂离子电池模组多维度热失控传播行为的影响。发现电池热失控轴向传播要快于径向。在电池满电状态,间距2.0 mm时,热失控轴向传播要比径向快97 s,并且随着电池电量的降低和间距的增大,热失控传播速度变慢。在电池间距为2.0 mm时,30%和50%荷电状态分别是轴向和径向电池的安全荷电状态。在电池满电状态时,6.0 mm和4.0 mm分别是轴向和径向电池的安全距离。研究结果可为电池的存储、运输以及电动汽车的电池模组设计等提供借鉴。

锂离子电池模组自适应均衡阀值控制策略研究

为提升锂离子电池模组均衡控制能力,提出一种锂离子电池模组自适应均衡阀值控制策略。首先,对电感式主动均衡电路拓扑和工作原理进行分析。接着,基于电感式主动均衡电路设计了自适应均衡阀值动态调整控制方法,利用电量转移矩阵计算最佳转移路径。然后,搭建仿真计算模型,通过验证本控制策略能提高目标电池模组均衡能力。最后,对目标电池模组进行实验验证,验证了本控制策略的有效性和高效性,为电池模组均衡提供方法参考。