极端滥用条件下的车用动力电池热安全性研究

动力电池热安全性严重影响电动汽车的使用性能和寿命。由大量电动汽车安全事故的调查结果可知,动力电池在机械碰撞、过充等极端滥用条件下出现的热安全性问题如起火燃烧是造成电动汽车安全事故的主要原因。解决动力电池热安全性问题,提升动力电池在极端滥用条件下抵御热失控的能力对确保电动汽车的使用安全性至关重要,是动力电池尤其是能量密度与性价比优势突出但安全性差的三元锂电池要在电动汽车上进一步推广与应用必须攻克的技术难题。因此,开展极端滥用条件下的动力电池热安全性研究对电动汽车的开发与推广应用具有重要意义和实用价值。论文从极端滥用条件的动力电池热建模与动态热特性分析出发,阐明了研究极端滥用条件下动力电池热安全性的必要性,然后从电池单体、电池模组、电池包三个层次逐渐深入对极端滥用条件下的动力电池热安全性展开研究。具体研究内容如下:首先通过建立动力电池多内源瞬态生热模型和电化学—热耦合模型,对正常充放电情况下电池内部的动态热特性、电化学行为特性进行了分析,并基于热模型完成了过温、过充、内短路等极端滥用条件下的电池动态热特性分析,指出了研究极端滥用条件下动力电池热安全性的必要性;然后搭建了热、电、机械滥用条件下的动力电池热失控实验平台,对比研究了过温、过充和内短路等不同滥用条件下的电池单体热失控行为特性,并基于实验结果提出了改善动力电池使用安全性的建议;考虑到动力电池多为串并联成组使用的现状,在电池单体热安全性实验的基础上进一步开展了极端滥用条件下电池成组后的热安全性实验研究,重点探索了电池成组后的热失控传播行为特性,得出电池成组后形成的各种非线性热耦合关系对电池抵御热失控的能力具有重要影响,电池成组后的热失控行为相较电池单体更为复杂;最后基于动力电池成组成包后的复杂性认知,阐述了动力电池包热失控安全问题的实质和防护新思路,并结合热失控致因因素立体网络模型和认知—约束模型给出了复杂系统认知下的动力电池包热失控安全防护方案。动力电池热模型及其分析结果、极端滥用条件下动力电池及其成组后的热安全性实验分析结果以及动力电池包复杂系统热失控安全防护方案对提升极端滥用条件下的动力电池热安全性具有重要参考价值。