相变材料热管理下锂离子动力电池热失控传播过程数值分析

我国日益严重的环境问题和能源危机向快速发展的传统汽车工业提出了严峻的挑战。清洁高效的新能源汽车提供了应对这一挑战的有效解决途径,日益受到人们的关注。随着新能源汽车普及率的提高,关于车载动力电池的安全性问题层出不穷,严重阻碍了新能源汽车产业的快速发展。动力电池的安全性问题主要来自热失控引发的高温、燃烧和爆炸。围绕锂离子电池的热失控问题,本文进行了一系列的研究。分析了锂离子电池热失控的机理。综合考虑电池内部副反应和短路电流,建立了锂离子电池热失控模型。针对针刺、高温热滥用和ARC热箱测试三种热失控触发方式,进行了数值模拟。对三种热失控过程中电池温度、副反应放热率随时间的演化过程进行了详细的探究并分析了不同的放热副反应与温度的关系。基于格子Boltzmann方法,建立了相变材料相变传热模型。耦合热失控模型,对相变材料热管理条件下的热失控传播过程进行了数值模拟,分析了不同组分的复合相变材料对热失控传播过程的影响。研究结果表明,针刺引发的热失控过程是最为剧烈的热失控过程。针刺、高温热滥用和ARC热箱测试三种触发方式下,电池首次出现温度快速升高分别是由于内短路放热、电解液分解产热、内短路放热。研究结果还表明隔膜的耐高温性能和电解液热稳定性对电池热失控过程影响最大。通过对热失控传播过程的分析,发现在相变材料热管理条件下,热失控具有“局部性”的特点,相变材料能够保护模组内的电池不受热失控产生的高温的影响。相比于复合相变材料,纯石蜡由于具有较低的导热率和较高的相变潜热和比热容,对热失控的传播具有较好的抑制作用。