隔热层对锂电池模组热失控蔓延特性影响的实验研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.005

汽车工程 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (10): 1448-1456.doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.005

隔热层对锂电池模组热失控蔓延特性影响的实验研究

常润泽^1,²,郑斌¹(),冯旭宁²,徐成善²,王淮斌²,陈立铎³,王有镗¹

^1.山东理工大学交通与车辆工程学院，淄博 255049
^2.清华大学，汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084
^3.中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300

收稿日期:2021-04-25 修回日期:2021-05-29 出版日期:2021-10-25 发布日期:2021-10-25
通讯作者: 郑斌 E-mail:sdutzb@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(52076121);山东省自然科学基金(ZR2020ME176)

Experimental Study on the Effects of Thermal Insulation Layers on the Propagation Characteristics of Thermal Runaway in Lithium⁃ion Battery Module

Runze Chang^1,²,Bin Zheng¹(),Xuning Feng²,Chengshan Xu²,Huaibin Wang²,Liduo Chen³,Youtang Wang¹

^1.School of Transportation and Vehicle Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049
^2.Tsinghua University，State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy，Beijing 10084
^3.CATARC New Energy Automotive Test Center（Tianjin）Co. ，Ltd. ，Tianjin 300300

Received:2021-04-25 Revised:2021-05-29 Online:2021-10-25 Published:2021-10-25
Contact: Bin Zheng E-mail:sdutzb@163.com

摘要/Abstract

摘要：

本文中对不同类型隔热层对电池模组热失控蔓延特性的影响进行了实验研究。结果表明：隔热层具有延长电池模组热蔓延时间、防止电池喷阀后起火和降低模组热蔓延最高温度的作用；其中预氧化丝气凝胶隔热层热蔓延抑制效果最优，其模组完全热蔓延时长是使用陶瓷气凝胶隔热层模组的138%，是使用纳米玻璃纤维隔热层模组的279%。

关键词: 锂电池模组, 隔热层, 热失控, 热蔓延抑制, 气凝胶

Abstract:

In this paper， an experimental study on the effects of different types of heat insulation layer on the propagation characteristics of thermal runaway in battery modules is conducted. The results show that heat insulation layer can extend the heat spread time of battery module， prevent the fire caused by valve eruption in battery and lower the peak temperature in the thermal runaway of battery module. Among them， the thermal runaway propagation effect of the insulation layer of preoxidized fibers aerogel has the best effect in suppressing the propagation of thermal runaway. Its total propagation time of thermal runaway is 138% longer than that of ceramic aerogel， and 279% longer than that of nano-glass fiber.

Key words: lithium?ion battery module, insulating layer, thermal runaway, heat propagation suppression, aerogel

常润泽,郑斌,冯旭宁,徐成善,王淮斌,陈立铎,王有镗. 隔热层对锂电池模组热失控蔓延特性影响的实验研究[J]. 汽车工程, 2021, 43(10): 1448-1456.

Runze Chang,Bin Zheng,Xuning Feng,Chengshan Xu,Huaibin Wang,Liduo Chen,Youtang Wang. Experimental Study on the Effects of Thermal Insulation Layers on the Propagation Characteristics of Thermal Runaway in Lithium⁃ion Battery Module[J]. Automotive Engineering, 2021, 43(10): 1448-1456.

图/表 14

图1

图2

表1

表2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

图12

参考文献 19

1	国务院办公厅关于印发新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）的通知［EB/OL］. .
	Notice of the general office of the State Council on printing and distributing the new energy vehicle industry development plan （2021-2035）［EB/OL］. .
2	FENG X N， ZENG S Q， REN D S， et al. Investigating the thermal runaway mechanisms of lithium⁃ion batteries based on thermal analysis database［J］. Applied Energy，2019，246.
3	陈吉清，刘蒙蒙，周云郊，等.不同滥用条件下车用锂电池安全性实验研究［J］.汽车工程，2020，42（1）：66-73.
	CHEN J Q， LIU M M， ZHOU Y J， et al. Experimental study on safety of automotive NCM battery under different abuse conditions［J］. Automotive Engineering，2020，42（1）：66-73.
4	张明轩，冯旭宁，欧阳明高，等.三元锂离子动力电池针刺热失控实验与建模［J］.汽车工程，2015，37（7）：743-750，756.
	ZHANG M X， FENG X N， OUYANG M G， et al. Experiments and modeling of nail penetration thermal runaway in a NCM Li-ion power battery［J］. Automotive Engineering，2015，37（7）：743-750，756.
5	蒋立琴，王记磊，邹兴华，等.GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》解析［J］.电池，2020，50（3）：276-279.
	JIANG L Q， WANG J L， ZOU X H， et al. Analysis of GB 38031—2020 safety requirements of traction battery used by electric road vehicles［J］. Battery Bimonthly，2020，50（3）：276-279.
6	电动汽车用动力蓄电池安全要求：［S］.2020.
	Electric vehicles traction battery safety requirements ：［S］.2020.
7	孙晓娜，张华树，韩思远，等.电动汽车用动力蓄电池安全要求标准对比分析［J］.汽车科技，2021（1）：2-7.
	SUN X N， ZHANG H S， HAN S Y， et al. Standard comparative analysis of safety requirements of power battery for electric vehicles［J］ Auto Sci-Tech，2021（1）：2-7.
8	FENG X N， HE X M， OUANG M G， et al. Thermal runaway propagation model for designing a safer battery pack with 25Ah LiNi_xCo_yMn_zO₂ large format lithium ion battery［J］. Applied Energy，2015，154.
9	陈天雨，高尚，冯旭宁，等.锂离子电池热失控蔓延研究进展［J］.储能科学与技术，2018，7（6）：1030-1039.
	CHEN T Y， GAO S， FENG X N， et al. Recent progress on thermal runaway propagation of lithium⁃ion battery［J］.Energy Storage Science and Technology，2018，7（6）：1030-1039.
10	芮新宇，冯旭宁，韩雪冰，等.锂离子电池热失控蔓延问题研究综述［J］.电池工业，2020，24（4）：193-201，205.
	RUI X Y， FENG X N， HAN X B， et al. Review on he thermal runaway propagation of lithium⁃ion battery［J］. Chinese Battery Industry，2020，24（4）：193-201，205.
11	YUAN C C， WANG Q S， WANG Y， et al. Inhibition effect of different interstitial materials on thermal runaway propagation in the cylindrical lithium⁃ion battery module［J］. Applied Thermal Engineering，2019，153.
12	刘得星. 车载电池包集成灭火系统关键参数仿真研究［D］.广州：华南理工大学，2019.
	LIU D X. Simulation research on key parameters of integrated battery fire extinguishing system［D］. Guangzhou：South China University of Technology， 2019.
13	XU J， LAN C J， QIAO Y， et al. Prevent thermal runaway of lithium-ion batteries with minichannel cooling［J］. Applied Thermal Engineering，2017，110.
14	FENG X N， LU L G， OUYANG M G， et al. A 3D thermal runaway propagation model for a large format lithium ion battery module［J］. Energy，2016，115.
15	WENG J W， OUYANG D X， YANG X Q， et al. Alleviation of thermal runaway propagation in thermal management modules using aerogel felt coupled with flame⁃retarded phase change material［J］. Energy Conversion and Management，2019，200.
17	WANG H B， DU Z M， RUI X Y， et al. A comparative analysis on thermal runaway behavior of Li（Ni_xCo_yMn_z）O₂ battery with different nickel contents at cell and module level［J］. Journal of Hazardous Materials，2020，393.
18	齐创，邝男男，张亚军，等.高比能锂离子电池模组热扩散行为仿真研究［J/OL］.高电压技术：1-11［2021-07-04］. .
	QI C， KUANG N N， ZHANG Y J， et al. Study on the thermal propagation behavior of high energy density lithium⁃ion battery module with simulation［J/OL］. High Voltage Engineering：1-11［2021-07-04］..
19	李煌. 三元锂离子电池热失控传播及阻隔机制研究［D］.合肥：中国科学技术大学，2020.
	LI H. Research on the thermal runaway propagation and its mitigation mechanism of ternary lithium ion battery［D］.Hefei： University of Science and Technology of China，2020.

测温点编号	对应测温点位置
1F	Cell1前表面（与加热器接触面）
1B	Cell1后表面
2F	Cell2前表面
2B	Cell2后表面
3F	Cell3前表面
3B	Cell3后表面
4F	Cell4前表面
4B	Cell4后表面

实验编号	材料类型	隔热层材质	厚度/mm	尺寸/mm
1	纳米纤维类	纳米玻璃纤维	2	150×100
2	气凝胶类	陶瓷气凝胶	2	150×100
3	气凝胶类	预氧化丝气凝胶	2	150×100
4		无

[1]	李致远, 鲁锐华, 余庆华, 颜伏伍. 动力电池热失控特征及防控技术研究分析[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 139-150.
[2]	廉玉波,凌和平,王钧斌,潘华,谢朝. 基于混合高斯-隐马尔可夫模型的动力电池实时热失控检测[J]. 汽车工程, 2023, 45(1): 139-146.
[3]	陈吉清,冼浩岚,兰凤崇. 均布模组式动力电池包热失控典型模式分析[J]. 汽车工程, 2022, 44(8): 1199-1211.
[4]	贾子润,王震坡,王秋诗,黎小慧,孙逢春. 新能源汽车动力电池热失控机理和安全风险管控方法的研究[J]. 汽车工程, 2022, 44(11): 1689-1705.
[5]	舒强,王艺帆,梁元. 我国电动汽车动力电池安全标准现状及展望[J]. 汽车工程, 2022, 44(11): 1706-1715.
[6]	杨娜,仝义鑫,赵立军,王剑锋. 基于相变材料的电池模组热失控传播过程研究[J]. 汽车工程, 2021, 43(8): 1161-1167.
[7]	王震坡, 袁昌贵, 李晓宇. 新能源汽车动力电池安全管理技术挑战与发展趋势分析^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(12): 1606-1620.
[8]	陈吉清, 刘蒙蒙, 周云郊, 兰凤崇, 骆济焕. 不同滥用条件下车用锂电池安全性实验研究^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(1): 66-73.
[9]	朱晓庆, 王震坡, 王聪, 易密. 三元锂离子动力电池过充行为特性实验研究^*[J]. 汽车工程, 2019, 41(5): 582-589.

隔热层对锂电池模组热失控蔓延特性影响的实验研究

Experimental Study on the Effects of Thermal Insulation Layers on the Propagation Characteristics of Thermal Runaway in Lithium⁃ion Battery Module

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 19

相关文章 9

Metrics

本文评价

推荐阅读 10