本文關(guān)鍵詞：電動汽車鋰離子動力電池壓力穩(wěn)定性研究

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【摘要】：鋰離子動力電池以其體積小、比能量高、電壓高、自放電率小和循環(huán)壽命好等優(yōu)點被選作電動汽車電池,而其缺點為在高溫、碰撞以及濫用等工況下會出現(xiàn)爆炸、失火等安全性問題。電動汽車鋰離子動力電池安全性是影響電動汽車實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和市場化的關(guān)鍵因素。目前對電動汽車碰撞安全性的研究采用的是較為成熟的汽柴油車碰撞相容性設(shè)計和實驗技術(shù)。而對鋰離子動力電池碰撞安全性的研究參考的是各國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測試要求以及企業(yè)中推薦的標(biāo)準(zhǔn),缺乏高速碰撞條件下電池性能的研究。鋰離子動力電池碰撞安全性,即電池在高速撞擊條件下的壓力穩(wěn)定性,本文研究了影響鋰離子動力電池壓力穩(wěn)定性的因素。本文分析了國內(nèi)外鋰離子動力電池的研究現(xiàn)狀,對比了各國關(guān)于鋰離子電池的安全法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),并且列舉了與電池碰撞安全性相關(guān)的實驗測試方法。而后又總結(jié)分析了鋰離子動力電池爆炸機(jī)理,電池內(nèi)部可能發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng),及各反應(yīng)的放熱情況,分析了電池?zé)崾Э氐挠|發(fā)、擴(kuò)展和演化機(jī)制,最后說明了電池?zé)岱�(wěn)定性與壓力穩(wěn)定性的關(guān)系。采用有限元模擬仿真法建立了18650鋰離子動力電池模型,并進(jìn)行了高速碰撞條件下電池結(jié)構(gòu)的模擬仿真�？疾炝穗姵卦诓煌矒羲俣认聝�(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞程度,仿真結(jié)果顯示,隨著撞擊速度的增大,電池隔膜、正負(fù)極片和材料破壞的層數(shù)越多,電池發(fā)生熱失控的可能性越大,電池的壓力穩(wěn)定性越差。設(shè)計搭建了鋰離子動力電池高速碰撞實驗臺,對18650鋰離子動力電池進(jìn)行了高速碰撞實驗,驗證了模擬仿真結(jié)果,將速度和荷電狀態(tài)作為變量,考察不同速度不同荷電狀態(tài)對電池壓力穩(wěn)定性的影響。實驗測量了高速碰撞過程中電池的電壓變化,記錄電池的變形程度和碰撞后的狀態(tài)。實驗結(jié)果表明,撞擊速度較低時,在碰撞時刻電池電壓有輕微擾動,而后恢復(fù)到初始值(或者略低于初始值);撞擊速度較高時,在碰撞時刻電池電壓明顯下降,下降過程中有所波動,最后電壓降為0。隨著撞擊速度的增大,電池變形逐漸增大,電池內(nèi)部組件破壞越嚴(yán)重,碰撞后有部分電池出現(xiàn)了漏液、泄壓閥開啟和冒煙的現(xiàn)象。而荷電狀態(tài)對電池壓力穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為荷電狀態(tài)越高電池的壓力穩(wěn)定性越差。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子動力電池 壓力穩(wěn)定性 碰撞安全性 仿真
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 課題研究的背景與意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-22
• 1.2.1 整車與電池碰撞安全性13-16
• 1.2.2 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)16-19
• 1.2.3 電池安全性實驗測試方法19-22
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容22-25
• 第2章 鋰離子動力電池碰撞爆炸機(jī)理分析25-37
• 2.1 鋰離子動力電池的組成及工作原理25-27
• 2.1.1 鋰離子電池的組成25-27
• 2.1.2 鋰離子電池的工作原理27
• 2.2 電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及其熱穩(wěn)定性27-31
• 2.2.1 正、負(fù)極氧化還原反應(yīng)28
• 2.2.2 SEI膜的分解反應(yīng)28-29
• 2.2.3 嵌鋰碳負(fù)極與溶劑的反應(yīng)29
• 2.2.4 電解液的分解反應(yīng)29-30
• 2.2.5 正極材料可能發(fā)生的反應(yīng)30-31
• 2.2.6 電池隔膜的反應(yīng)31
• 2.3 電池?zé)崾Э氐挠|發(fā)擴(kuò)展和演化機(jī)制31-34
• 2.3.1 熱濫用引起的電池?zé)崾Э?/span>31-32
• 2.3.2 過充引起的電池?zé)崾Э?/span>32-33
• 2.3.3 其他情況引起的熱失控33
• 2.3.4 電池?zé)崾Э乜偨Y(jié)33-34
• 2.4 電池壓力穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性的聯(lián)系34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-37
• 第3章 鋰離子動力電池碰撞模擬仿真37-55
• 3.1 碰撞模擬仿真概述37-39
• 3.2 電池碰撞有限元模型的建立39-45
• 3.2.1 幾何模型的建立與網(wǎng)格劃分41-45
• 3.2.2 剛性墻的建立45
• 3.3 仿真求解參數(shù)的選擇與設(shè)置45-47
• 3.3.1 定義約束和載荷45-46
• 3.3.2 定義接觸類型46
• 3.3.3 沙漏控制設(shè)置46
• 3.3.4 輸出控制設(shè)置46-47
• 3.4 電池碰撞仿真結(jié)果分析47-53
• 3.4.1 變形結(jié)果及分析47-49
• 3.4.2 位移時間歷程曲線分析49-53
• 3.4.3 電池碰撞仿真與電池爆炸的聯(lián)系53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第4章 鋰離子動力電池高速碰撞實驗55-77
• 4.1 鋰離子動力電池高速碰撞實驗臺設(shè)計55-61
• 4.1.1 動力參數(shù)的選擇與計算56
• 4.1.2 實驗臺設(shè)備的選型56-59
• 4.1.3 實驗臺架設(shè)計59-60
• 4.1.4 電池參數(shù)測量裝置60-61
• 4.2 鋰離子動力電池高速碰撞實驗61-65
• 4.2.1 實驗臺安裝及調(diào)試61-63
• 4.2.2 鋰離子動力電池高速碰撞實驗63-64
• 4.2.3 實驗注意事項64-65
• 4.3 鋰離子動力電池高速碰撞實驗結(jié)果分析65-75
• 4.3.1 速度對電池結(jié)構(gòu)的影響65-68
• 4.3.2 速度對電池壓力穩(wěn)定性的影響68-71
• 4.3.3 荷電狀態(tài)對電池壓力穩(wěn)定性的影響71-74
• 4.3.4 電池碰撞后狀態(tài)分析74-75
• 4.4 本章小結(jié)75-77
• 第5章 全文總結(jié)與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果83-85
• 致謝85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1036474