NCM三元锂动力电池热失控研究与仿真

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1、分类号:U469.7210710-2015222065专业硕士学位论文NCM三元锂动力电池热失控研究与仿真姚银花导师姓名职称蹇小平教授专业学位类别工程硕士申请学位类别硕士及领域名称车辆工程论文提交日期2018年4月18日论文答辩日期2018年6月4日学位授予单位长安大学StudyandSimulationonThermalRunawayofNCMTernaryLithium-ionTractionBatteryAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YaoYinhua

2、Supervisor：Prof.JianXiaopingChang’anUniversity,Xi’an,China摘要锂离子电池尤其三元锂离子电池，因其综合性能较好，已成为电动汽车能量源的较佳选择。然而，由锂离子电池热失控问题引发的电动汽车安全事故不断发生，严重影响了锂离子电池在电动汽车上的推广应用。因此，针对锂离子电池热失控的研究具有重要意义。本文主要利用仿真的方法，研究锂离子电池在不同滥用条件下的热失控现象，分析影响锂离子电池热安全性的因素并提出相关建议。本文分析了锂离子电池的结构组成、工作原理、生热和传热机理，

3、同时对锂离子电池发生热失控的机理、原因以及主要副反应类型等进行了研究分析，为电池热失控研究提供了理论依据。以电动汽车用镍钴锰三元锂电池为研究对象，利用COMSOL软件建立三维热滥用模型，模拟锂离子电池160℃、165℃、175℃和200℃炉箱加热试验，仿真分析该锂离子电池在高温条件下的热失控行为。建立三维电-热耦合模型模拟锂离子电池0.1C、0.3C和0.5C过充电试验，仿真分析该电池在过充电条件下的热失控行为。此外，本文还分析了不同条件下副反应进程及产热情况，并研究了散热条件、材料稳定性以及对流换热系数对热失控的影响

4、。研究结果表明，160℃为本文仿真电池发生热失控的临界安全温度，高于160℃时电池将发生热失控现象；电池温度越高，发生热失控的时间越早；副反应是引发锂离子电池热失控的直接原因，负极反应、正极反应以及电解液分解对热失控影响较大；散热条件越好、材料稳定性越高，电池越不容易发生热失控。同时，锂离子电池在0.1C、0.3C和0.5C过充电条件下将发生热失控现象；随着过充电流增大，电池发生热失控的时间提前；良好的散热条件对过充电热失控具有一定的抑制作用，但当过充电流较大时，散热条件对热失控的影响作用变得不太明显。根据仿真结果，分

5、析了影响锂离子电池热安全性的因素，并从过温保护、改善散热条件、过充电保护、热失控预警等不同方面提出相关建议，为提高锂离子电池热安全性提供依据。关键词：三元锂电池，热失控，COMSOL，电池安全性iAbstractLithium-ionbattery,especiallyternarylithium-ionbatteryhassomanymeritsthathasbecomeapreferredpowersourceforelectricvehicles.However,thefireaccidentsofelectri

6、cvehiclescausedbythethermalsafetyproblemoflithium-ionbatteryhaveoccurredoneafteranother,whichseriouslyrestrictsthewideapplicationoflithium-ionbatteryinelectricvehicles.Therefore,itisnecessarytostudythethermalrunawayoflithium-ionbattery.Thispapermainlyusesthesimu

7、lationmethodtostudythethermalrunawayphenomenonoflithium-ionbatterythatunderdifferentabuseconditions,analyzesthefactorsaffectingthethermalsafetyoflithium-ionbatteryandthenputsforwardrelevantsuggestions.Firstly,thestructurecomposition,workingprinciple,heatgenerati

8、onandheattransfermechanismoflithium-ionbatteryareanalyzed.Atthesametime,thecauseandmechanismofthermalrunaway,maintypesofsidereactionsandcorrespondinggasgenerationarea