液体浸没条件下锂离子电池新型热灾害的研究进展与挑战

在“碳达峰、碳中和”的背景下,浸没式液冷技术是具有良好应用前景的锂离子电池热管理技术之一。在新一代热管理系统中,锂离子电池热失控诱导火灾依然是一个重大的安全隐患。本文全面梳理了当前浸没式液冷技术的研究进展,分析了浸没条件下锂离子电池热灾害的多种模式,提出锂离子电池新型热灾害的研究趋势。首先,介绍了浸没式液冷技术及其优劣势、液冷方法以及液冷介质,重点介绍了相变液冷技术以及部分常用液冷剂的物性参数;其次,梳理了近年来浸没式液冷技术的进展与政策;再次,从浸没条件下锂离子电池老化、热失控以及二次灾害等方面对浸没条件下新型锂离子电池热灾害的模式进行了深入分析和讨论,并指出现有研究存在的不足;最后,提出未来浸没式液冷条件下,新型锂离子电池安全防护技术研究的发展方向。文章有助于提升浸没条件下锂离子电池组热安全性,增强热灾害发生后的应急能力。

电化学储能系统热管理技术研究进展

锂电池储能具有循环特性好、响应速度快、系统综合效率高等特点,是目前市场上推广应用最多的储能方式。从电化学储能系统热管理关键技术出发,对空气冷却和液体冷却(冷却板液体冷却及浸没式液体冷却)的电化学储能热管理技术的研究现状进行了介绍,并对浸没式液冷技术的发展进行了展望。随着电化学储能迅速发展,浸没式液冷热管理技术将会大规模应用,与之配套的浸没式冷却液未来的潜在市场容量可达万吨级以上。(图3表0参考文献9)

熔融锂液滴与冷却剂在不同温度下的相互作用实验研究

针对未来聚变装置中严重事故时可能发生的液态锂与冷却剂相互作用及爆炸过程,建立实验装置并在其上开展了熔融锂液滴与冷却剂相互作用实验研究。观测了不同初始温度下锂液滴与冷却剂相互作用的爆炸过程,对不同工况下的峰值压力进行了比较,并分析了熔融锂液滴初始温度和冷却剂初始温度对爆炸作用的影响。研究结果表明,熔融锂液滴与冷却剂接触面积的显著增大是产生压力峰值的关键因素,当熔融锂液滴温度超过300℃,冷却剂温度超过50℃时,熔融锂液滴与冷却剂相互作用爆炸强度明显增大;但是当冷却剂温度超过70℃时,爆炸反应反而受到了抑制。同时,在评估熔融锂液滴与冷却剂相互作用风险时,蒸汽爆炸作用的影响不可忽视。

锂电池组液冷结构设计及散热影响因素分析

针对锂动力电池在放电过程中的散热问题,建立基于某三元锂电池模组的生热模型,仿真分析并试验探究了电池模组在不同放电倍率下的发热情况。在验证模组生热模型正确的前提下,结合模组发热具体情况,设计U型液冷管道并建立电池模组的液冷模型,比较了不同参数的冷却液介质和不同温度的冷却液对锂电池组冷却性能的影响。研究表明:设计的U型管道能够满足电池组冷却散热需求,导热系数大且温度较低的冷却介质散热效果更好。

γ辐照条件下硼-锂-氨型冷却剂的辐射分解行为

本文探究了γ辐射场下新型冷却剂硼-锂-氨的辐射分解行为,主要考察了不同硼-锂浓度、吸收剂量和吸收剂量率对辐解产物H_(2)O_(2)、NO_(2)^(−)和NO_(3)^(−)的浓度影响。实验结果表明:在常规的压水堆运行pH范围内(pH300℃=7.1~7.3),随着硼酸浓度增加,冷却剂体系的H_(2)O_(2)和NO_(2)^(−)浓度没有明显变化,其中H2O2的浓度范围在9.28×10^(-5)~1.07×10^(-4)mol/L之间,NO_(2)^(−)浓度范围为9×10^(-6)~1.5×10^(-5)mol/L;NO_(3)^(−)浓度相较于前两个产物波动较大,为4×10^(-5)~8×10^(-5)mol/L。随着吸收剂量增加(1~30 kGy),硼-锂-氨体系中的H_(2)O_(2)和NO_(2)^(−)的平衡浓度增加,分别为1.28×10^(-4)mol/L和1.30×10^(-5)mol/L,NO_(3)^(−)的浓度未明显变化(4×10^(-5)~6×10^(-5)mol/L)。在本工作探究的吸收剂量率范围内(1.27~18.86 Gy/min),H_(2)O_(2)、NO_(2)^(−)和NO_(3)^(−)的浓度均未因吸收剂量率增加而受到显著影响。本工作为新型冷却剂硼-锂-氨体系的实际应用提供了有参考价值的基础数据。

冷却剂锂内空隙对空间堆停堆及启动过程传热影响

为分析液态金属冷却空间堆在轨再启动的安全特性,基于单一(固/液)单元数值求解方法分析研究了冷却剂收缩空隙对空间堆冷却剂锂凝固及熔化过程传热的影响。结果表明,壁面空隙的形成与存在减小了固液界面的熔化速率,而中心空隙对熔化及凝固过程的影响不大。同时,壁面空隙的存在,使得在熔化过程中壁面温度有一持续的升高,对于锂冷却剂,壁面温度远小于空间堆系统结构材料PWC-11的熔化温度,使得在空间堆系统启动和再启动过程基本不会形成热斑。

3003铝合金翅片在冷却液中耐蚀性的研究

采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、金相显微镜、扫描电镜(SEM)等技术分析了风力发电机用冷却液使用前后离子种类和浓度的变化对3003铝合金耐蚀性的影响。在3.5%NaCl溶液中以动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究了单宁酸、鸟嘌呤、2−氨基噻唑、葡甘露聚糖、二乙基二硫代氨基甲酸钠等缓蚀剂对3003铝合金的缓蚀性能。结果显示2−氨基噻唑最好,缓蚀效率高达90.3%。分别以上述5种缓蚀剂为锂铝类水滑石(LiAl-LDHs)的插层剂,通过水热法在3003铝合金表面制备出不同的LiAl-LDHs/缓蚀剂复合转化膜。电化学测量结果显示,LiAl-LDHs/2−氨基噻唑复合转化膜的耐蚀性最好,且比单独使用2−氨基噻唑缓蚀剂或LiAl-LDHs转化膜时强。

锂离子电池组聚类筛选低温混合预热系统建模与热分析

低温导致锂离子动力电池性能衰减加速、寿命缩减、形成锂枝晶,甚至造成内短路等严重问题,因此预热已经成为电动汽车在低温地区应用的关键问题。此外,电池单体间一致性对电池组整体性能及老化有重大影响。采用聚类分析对锂离子电池单体进行筛选成组,并提出一种附有PTC加热膜和液冷板的混合电池热管理系统,通过计算流体力学建模和数值计算对此系统在-40℃环境下的预热效率进行分析。结果表明:对初始方案进行优化后,经过695 s预热电池组最低温度可加热至0℃以上;此外,与纯PTC加热方法相比,电池组温度标准差可降低5.9℃。因此,此系统可在无过多功耗增长的前提下,短时间内高效地将电池组加热至工作状态,预热速度为3.56℃/min,且能提升温度均匀性。

基于主动降温的热失控锂离子电池热扩散抑制研究

为解决锂离子电池包在使用过程中的热扩散问题,选用某型号方形三元锂离子电池,采用乙二醇水溶液作为冷却介质对热失控电芯进行主动浇注降温,探究不同浇注量下的热失控电芯及其相邻电芯的温度变化规律,并模拟实车环境研究水泵转速对浇注流速的影响。试验结果表明:冷却液的浇注量、浇注流速是影响热扩散发生的重要变量,当浇注量为1.5L、流速为0.69L/min时,可将热失控电芯的最高温度由713℃降低到556℃,有效减少热失控电芯向相邻电芯的热量传递,避免相邻电芯发生热失控,阻止电池包内热扩散的发生。

动力电池热管理系统仿真及热调控方法研究

通过构建液冷式电动汽车电池热管理系统一维仿真模型,探究该系统对高倍率运行中电池组的冷却效果及关键影响因素,基于数值模拟综合研究了乙二醇冷却液流量、入口温度、浓度因素以及冷却介入时间和主动阈值控制的热调控方式对电池热性能的影响规律。结果表明,电池温度随液流量的增大和浓度的减小而降低,但存在边际效应。室温下冷却液入口温度每降低1.0℃,电池温度平均下降0.8±0.1℃,影响较显著。延后冷却介入时间对电池的起始冷却温度影响较大,且使电池温度曲线呈现先降后升趋势,而主动阈值控制能进一步减少系统工作时间,提高整体运行效率。

油剂单相液冷技术在数据中心的实际应用

简要综述了液冷技术的技术路线、方向和实现途径,重点介绍了目前已进入实际应用的冷板式、浸没式和喷淋式3种单相液冷技术的原理和技术特色,结合成本分析、应用工况、适用场景、后续维护等诸多因素,给出了单相液冷实际应用于数据中心的11个优势。综合分析认为:油剂喷淋式单相液冷技术保留了原有机房布局和运维习惯,空间利用率较高,而且用液量小、成本较低,是值得推荐的数据中心(特别是中大规模数据中心)主流选用技术。同时,利用油剂单相液冷技术也可以确保锂电池工作的安全性,为锂电池进入数据中心打开了一扇安全之门。

非均匀导电壁对DCLL通道液态金属传热的影响

包层是核聚变堆中能量转换的关键部件。本文对包层通道中"磁-热-流-固"多物理场进行耦合仿真,研究了改变流道插件(Flow Channel Insert,FCI)和第一壁导电率分布对双冷锂铅包层通道内液态金属的流动与传热特性的影响。结果显示,绝缘条的加入降低了主流在绝缘条壁面附近温度,最高降温达到了15 K.入口速度和磁场强度的增加会减弱绝缘条对通道传热的影响;有流道插件通道加入导电条后,通道在Y方向上温度的不均匀分布得到改善,导电条对通道传热影响的程度随着入口速度的增大而愈加显著。