本文關鍵詞：立方體鋰離子電池過充危險性研究及其熱模型分析

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【摘要】：作為目前應用最廣泛、各方面性能最好的可充放電電池,鋰離子電池有著很好的應用前景,然而由于過充引發(fā)的爆炸事故卻屢見報道,安全性問題已經成為不可忽視的一方面。因此,對于鋰離子電池過充后熱失控與火災危險性的分析尤為重要,這不僅有助于更好的了解鋰離子電池發(fā)生熱失控原因以及火災根源,還可以更好的知曉鋰離子電池發(fā)生爆炸的行為表現(xiàn)及具體危害,從而有助于研發(fā)人員在研制階段更好的考慮到電池體系的安全性,保護使用者的人身和財產安全,同時也為實現(xiàn)中等容量的鋰離子電池產業(yè)化提供理論依據和技術支撐。本論文全面介紹與總結中等容量的鋰離子電池的基本安全特性,并通過過充實驗和仿真技術分析鋰離子電池的熱特性,可以為從事鋰離子電池相關研究的研究人員提供指導。1)對鋰離子電池的發(fā)展、工作原理和電池構成等方面進行了介紹,并對鋰離子電池過充機理及過充過程中的熱特性等研究現(xiàn)狀進行了總結。2)通過設計中等容量的鋰離子電池的過充實驗,分別使用紅外熱像儀和高速攝影儀記錄在過充階段中鋰離子電池的溫度變化以及電池本體的膨脹破裂,和噴射火焰的相關情況,為后期分析電池的過充火災行為做實驗基礎。3)通過使用ANSYS軟件,建立中等容量的立方體鋰離子單體電池及其電池組的模型,研究鋰離子電池在過充狀態(tài)下的熱特性,通過分析比較不同過充倍率下鋰離子電池的熱特性數(shù)據,探究電池的生熱規(guī)律并加以總結,給電池設計者以參考。4)通過使用爆炸理論與事故樹分析的方法,分析鋰離子電池在過充條件下的爆炸機理,并通過對電池爆炸后噴射火焰的階段進行劃分,對火焰的破壞效應進行詳細而準確的分析,為電池的安全使用提供建議,為鋰離子電池的安全設計提供科學依據。
【關鍵詞】：鋰離子電池 過充 熱失控 火災 安全性 仿真分析
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 本文的研究背景11-12
• 1.2 國內外的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 鋰離子電池熱特性研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 鋰離子電池過充研究現(xiàn)狀13
• 1.2.3 鋰離子電池的火災危險性13-14
• 1.3 本文的研究方法14
• 1.4 本文的研究內容14-16
• 第2章 鋰離子電池的過充特性及熱分析方法簡介16-23
• 2.1 鋰離子電池的基本原理與組成16-18
• 2.1.1 鋰離子電池的概述16
• 2.1.2 鋰離子電池的工作原理16-17
• 2.1.3 鋰離子電池的特點17-18
• 2.2 鋰離子電池的過充特性18-19
• 2.2.1 鋰離子電池在過充條件下存在的安全問題18
• 2.2.2 鋰離子電池的過充機理及危害研究現(xiàn)狀18-19
• 2.3 熱分析方法簡介19-22
• 2.3.1 基本的熱分析方法19-20
• 2.3.2 有限元方法（FEM）簡介20-21
• 2.3.3 ANSYS簡介21-22
• 2.4 本章小結22-23
• 第3章 鋰離子電池的過充實驗23-33
• 3.1 實驗原理23
• 3.2 實驗條件23-27
• 3.2.1 電池材料及相關性能參數(shù)23-24
• 3.2.2 電池供電系統(tǒng)24-25
• 3.2.3 紅外熱像儀25-26
• 3.2.4 高速攝影26-27
• 3.2.5 同步觸發(fā)信號裝置27
• 3.3 實驗內容27-28
• 3.4 實驗結果28-32
• 3.4.1 爆炸溫度28-30
• 3.4.2 爆炸火球30-32
• 3.5 本章小結32-33
• 第4章 鋰離子電池過充下的熱效應分析33-54
• 4.1 熱模型建立的必要性33
• 4.2 導熱微分方程的建立33-36
• 4.2.1 理論基礎—傅里葉定律、熱力學第一定律33
• 4.2.2 直角坐標系下導熱微分方程的推導33-35
• 4.2.3 單值性條件35-36
• 4.3 三維鋰離子電池熱模型的建立36-38
• 4.3.1 導熱微分方程的確定36-37
• 4.3.2 邊界條件的確定37
• 4.3.3 內部生成熱的討論37-38
• 4.4 立方體鋰離子單體電池及其電池組熱效應分析38-42
• 4.4.1 實際問題簡化38
• 4.4.2 相關參數(shù)的確定38-39
• 4.4.3 ANSYS軟件求解的過程39-42
• 4.5 不同充電倍率下單體電池和電池組的熱分析比較42-53
• 4.5.1 2C充電倍率下單體電池和電池組的熱分析比較43-46
• 4.5.2 3C充電倍率下單體電池和電池組的熱分析比較46-48
• 4.5.3 4C充電倍率下單體電池和電池組的熱分析比較48-50
• 4.5.4 5C充電倍率下單體電池和電池組的熱分析比較50-52
• 4.5.5 不同充電倍率下單體電池和電池組的熱分析縱向比較52-53
• 4.6 本章小結53-54
• 第5章 鋰離子電池安全問題及熱失控危險性分析54-65
• 5.1 鋰離子電池燃燒三角形理論及爆炸分析54-56
• 5.1.1 鋰離子電池火災三要素分析55
• 5.1.2 鋰離子電池熱安全分析55-56
• 5.2 鋰離子電池爆炸的事故樹分析56-58
• 5.2.1 鋰離子電池火災爆炸事故鏈56-57
• 5.2.2 事故樹分析57-58
• 5.3 鋰離子電池熱失控危險性分析58-62
• 5.3.1 鋰離子電池火災行為階段劃分58-59
• 5.3.2 電池上方射流火焰溫度變化59-60
• 5.3.3 火焰尺寸及火災對電池的破壞分析60-62
• 5.4 鋰離子電池爆炸預防措施62-63
• 5.4.1 設置鋰離子電池安全裝置62-63
• 5.4.2 鋰離子電池充電注意事項63
• 5.5 本章小結63-65
• 結論65-66
• 參考文獻66-69
• 致謝69

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前1條

1 龐靜;盧世剛;劉莎;;鋰離子電池過充特性的研究[J];電化學;2005年04期

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本文編號：534429