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原文传递隔热材料布置下锂离子电池热失控试验与仿真研究

论文题名：	隔热材料布置下锂离子电池热失控试验与仿真研究
关键词：	新能源汽车电池;三元锂离子电池;隔热材料;热失控;仿真分析
摘要：	三元锂离子电池凭借其高能量密度、高性价比的优点，已逐渐成为大部分新能源汽车电池的首选。然而，其自身带来的不稳定性和危险性，会引发一系列新能源汽车火灾、爆炸等相关安全事故，将极大地限制新能源电池往更高能量密度方向发展的速度。因此，对三元锂离子电池的安全性展开相关研究具有重要意义。　　本文以Ni55锂离子电池为研究对象，自主设计了仿实况锂离子电池包试验平台，构建了六组不同应用方案，从不同隔热材料厚度、不同隔热材料布置方位两个角度出发，对隔热材料布置下与不同SOC状态下Ni55锂离子电池开展热滥用触发热失控试验研究，并辅以NCM锂离子电池模组热失控仿真研究，以研究锂离子电池相关热失控特性及热失控触发后电池包内热蔓延方向等。具体工作如下：　　首先，阐述了锂离子电池的结构组成和工作原理，对锂离子电池的生热机理和传热机制进行详细分析，并对锂离子电池热失控的发生机理、诱因、副反应类型进行了具体研究。　　其次，利用COMSOL Multiphysics软件建立了NCM锂离子电池模组热失控模型，模拟了锂离子电池模组在3.5mm隔热片布置下的热滥用触发热失控过程，同时对副反应状态变量进行分析，发现副反应发生的先后顺序为：SEI膜分解、负极材料反应、正极材料反应、电解液分解反应，紧贴着触发电池的周边电池在隔热片作用下也会受到温度传递发生以上副反应变化，但不会发生电解液分解反应，即不会触发热失控。　　然后，利用电池整包外壳、水冷循环系统等自主设计了仿实况锂离子电池包试验平台，构建了六组不同隔热材料布置下600W加热触发锂离子电池热失控试验应用方案，以研究热失控特性参数。研究结果表明：相邻两电池单体缝隙中加入隔热材料可以提高锂离子电池热失控触发温度点，而四周及上盖处的隔热材料布置会降低热失控触发温度点，同时会降低锂离子电池热失控后能达到的峰值温度；电池与电池间隔热材料厚度的增加会延迟热失控触发时间点，四周及上盖的隔热材料布置会将热失控触发时间点提前；Ni55锂离子电池触发热失控后，质量均会损失60%左右，尺寸上，在宽度方面有较大的膨胀变化，长度和高度几乎不改变。试验结果与仿真结果误差在一定范围内，确定仿真模型的准确性。　　最后，开展三种不同SOC状态（20%、50%、95%）下的Ni55锂离子电池热失控试验研究，以研究热失控特性参数及热失控后电池包内热蔓延方向。研究结果表明：锂离子电池的SOC越高，电池表面温升速率越快，热失控后达到的峰值温度越高，热失控触发时间点越提前，当SOC低于20%时，不会触发热失控；电池与电池之间会发生温度传递，但在隔热材料作用下其余电池皆不会受第一颗电池的热失控的影响而被接连触发；电池包内某一颗电池触发后，电池包内热蔓延以该电池为中心，先横向蔓延，再纵向蔓延，最后为对角蔓延。
作者：	薛磊
专业：	交通运输工程
导师：	潘公宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022