CN110261787B - 一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法 - Google Patents

一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110261787B
CN110261787B CN201910616600.3A CN201910616600A CN110261787B CN 110261787 B CN110261787 B CN 110261787B CN 201910616600 A CN201910616600 A CN 201910616600A CN 110261787 B CN110261787 B CN 110261787B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium ion
ion battery
thermal runaway
heating power
ternary lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910616600.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110261787A (zh
Inventor
杨培霞
刘磊
王治璞
潘晓娜
张锦秋
安茂忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201910616600.3A priority Critical patent/CN110261787B/zh
Publication of CN110261787A publication Critical patent/CN110261787A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110261787B publication Critical patent/CN110261787B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables

Abstract

一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，它涉及一种锂离子电池测试方法领域，具体涉及圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率的方法。按照以下公式计算圆柱形三元锂离子电池热失控时采用的最佳加热功率：Pheat＝‑AEcell+Bmcell。使用本发明计算的圆柱形三元锂离子电池热失控时采用的最佳加热功率，加热时间t和热失控温度T都具有最佳的重复性，加热时间t的标准差系数为0.02～0.10，热失控温度T的标准差系数为0.03～0.12。本发明适用于选择圆柱形三元锂离子电池热失控测试时的最佳加热功率。

Description

一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功 率方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池测试方法领域，具体涉及圆柱形三元锂离子电池热失控测 试时选择的最佳加热功率的方法。
背景技术
在能源危机和碳排放限制的压力下，电动车等新能源汽车逐渐成为汽车的主流发展方 向。但是电动汽车在实际应用过程中发生了较多的安全事故，尤其是部分车辆在正常使 用的状态下就发生了冒烟、起火甚至爆炸的情况。根据对众多车辆起火事故的公开报道以 及相关的事故调查，发现很多情况下车辆和电池并没有发生明显故障或者失效的情况下， 电池会突发起火或者爆炸的情况。而根据对锂离子电池失效形式的原因分析，主要包括： 外部机械损伤、外部环境影响、电气滥用以及生产缺陷。以现有的技术水平，已经能够对 外部影响进行有效的预防、管理并且设计可靠的保护，但是对于产品生产中产生的缺陷还 不能完全避免。由于缺陷产生的随机性和不易检测的特性，往往电池由于先天缺陷导致的 失效不能预测，电池失效的极端表现形式就是电池热失控。由于在各种应用环境下，电池 的能量密度都是一个关键性的指标，因此电池往往紧密排布，很容易造成热失控的传播， 也就是热扩散。
为了能够有效的检验产品设计对于电池热失控的防护能力，行业提出了对电池系统进 行热扩散测试，通过测试结果，来表征电池的安全防护设计水平。热扩散测试的关键点包 括热失控触发、热扩散监控和热扩散结果几个部分，其中热失控触发作为整个测试的第一 步，也成为了影响测试结果和测试评价可靠性、有效性的关键，尤其测试方法对测试结果 一致性的影响尤为重要，直接影响了对产品安全性的评价。因此在热扩散测试中，获得高 重复性的热失控触发方法就成为了整个项目的关键。
虽然对热扩散的研究已经进行了多年，但是目前依然没有获得公认的具备高重复性的 热失控触发方法。本发明提出的一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试最佳加热功率选择 方法将从锂离子电池热失控的关键特征参数出发，为圆柱形三元锂离子电池热失控加热触 发方法的最佳加热功率的选择提供技术支持和依据。
发明内容
本发明的目的是要解决现有圆柱形三元锂离子电池热失控加热触发方法的最佳加热 功率选择不准确，难以确保试验的一致性和结果的可重复性的问题，而提供一种圆柱形三 元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法。
一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，具体如下：
按照以下公式计算圆柱形三元锂离子电池热失控时采用的最佳加热功率：
Pheat＝-AEcell+Bmcell；
其中，Pheat：加热功率，单位为W；
Ecell：圆柱形三元锂离子电池的额定能量，单位为Wh；
mcell：圆柱形三元锂离子电池的重量，单位为g；
A：取值范围为14.1～16.2；
B：取值范围为4～6.1。
本发明的优点：
一、本发明通过开展大量的试验研究和数理统计，发现了能够有效确保圆柱形三元 锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，当对一款圆柱形三元锂离子电池进行 加热热失控试验时，只需要根据电池的额定能量和重量，即可计算出适宜的加热功率，应 用该加热功率能够获得高可靠性高重复性试验结果；
二、本发明可以指导研究人员更加科学有效的开展电池热扩散测试项目的研究工作， 为新能源汽车动力电池的安全性提升起到助力作用；
三、使用本发明计算的圆柱形三元锂离子电池热失控时采用的最佳加热功率，加热 时间t和热失控温度T都具有最佳的重复性，加热时间t的标准差系数为0.02～0.10，热失 控温度T的标准差系数为0.03～0.12。
本发明适用于选择圆柱形三元锂离子电池热失控测试时的最佳加热功率。
附图说明
图1为实施例一中圆柱形三元锂离子电池热失控测试时的装置示意图，图中1为圆柱 形三元锂离子电池，2为耐高温绝缘胶带，3为电热丝，4为热电偶；
图2为实施例一中的圆柱形三元锂离子电池热失控测试时热失控温度随时间的变化 曲线，图2中1为1号实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池，2为1号实施例一中所 述的圆柱形三元锂离子电池，3为3号实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池，4为4 号实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池，5为5号实施例一中所述的圆柱形三元锂离 子电池。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳 加热功率方法，具体如下：
按照以下公式计算圆柱形三元锂离子电池热失控时采用的最佳加热功率：
Pheat＝-AEcell+Bmcell；
其中，Pheat：加热功率，单位为W；
Ecell：圆柱形三元锂离子电池的额定能量，单位为Wh；
mcell：圆柱形三元锂离子电池的重量，单位为g；
A：取值范围为14.1～16.2；
B：取值范围为4～6.1。
本实施方式的优点：
一、本实施方式通过开展大量的试验研究和数理统计，发现了能够有效确保圆柱形 三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，当对一款圆柱形三元锂离子电池 进行加热热失控试验时，只需要根据电池的额定能量和重量，即可计算出适宜的加热功率， 应用该加热功率能够获得高可靠性高重复性试验结果；
二、本实施方式可以指导研究人员更加科学有效的开展电池热扩散测试项目的研究 工作，为新能源汽车动力电池的安全性提升起到助力作用；
三、使用本实施方式计算的圆柱形三元锂离子电池热失控时采用的最佳加热功率， 加热时间t和热失控温度T都具有最佳的重复性，加热时间t的标准差系数为0.02～0.10， 热失控温度T的标准差系数为0.03～0.12。
本实施方式适用于选择圆柱形三元锂离子电池热失控测试时的最佳加热功率。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的A：取值范围为14.6～16。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的A：取值范围为15.2～15.8。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的B：取值范围为4.2～5.3。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的B：取值范围为4.5～4.9。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的A：取值范围为15.4～15.6；所述的B：取值范围为4.6～4.8。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述的A：取值范围为15.537；所述的B：取值范围为4.7472。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：圆柱形三元锂离子电池进行加热触发热失控测试，圆柱形三元锂离子电池 的信息见表1；
表1
序号 项目 参数
1 正极材料 NCM(镍钴锰复合材料)
2 负极材料 石墨
3 额定容量 4.8Ah
4 额定能量 17.28Wh
5 额定电压 3.6V
6 充电终止电压 4.2V
7 放电终止电压 2.5V
8 尺寸 直径21mm×高度70mm
9 重量 73g
根据表1可知，实施例一中的圆柱形三元锂离子电池的额定能量Ecell为17.28Wh，圆柱形三元锂离子电池的重量mcell为73g，则加热功率Pheat按照公式 Pheat＝-15.537Ecell+4.7472mcell求得78.06W，约为78W。
实施例一中圆柱形三元锂离子电池按照图1的方式连接加热装置和温度传感器。
图1为实施例一中圆柱形三元锂离子电池热失控测试时的装置示意图，图中1为圆柱 形三元锂离子电池，2为耐高温绝缘胶带，3为电热丝，4为热电偶。
取5个实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池进行试验，在加热为78W下分别对5个实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池分别进行加热，实施例一中的圆柱形三元锂离子电池热失控测试时热失控温度随时间的变化曲线见图2；
图2为实施例一中的圆柱形三元锂离子电池热失控测试时热失控温度随时间的变化 曲线，图2中1为1号实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池，2为1号实施例一中所 述的圆柱形三元锂离子电池，3为3号实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池，4为4 号实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池，5为5号实施例一中所述的圆柱形三元锂离 子电池；将图2中的1～5号实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池的加热时间和热失 控温度的数据列于表2。
表2
项目 加热时间t/s 热失控温度T/℃
1 104.00 145.30
2 110.00 116.60
3 106.00 160.70
4 107.00 133.30
5 108.00 150.20
标准差 2.24 16.92
平均值 107.00 141.22
标准差系数 0.02 0.12
在(Pheat-20)即78W-20＝58W和(Pheat+20)即78W+20＝98W下对实施例一中所述 的圆柱形三元锂离子电池分别进行加热，并根据实施例一中的圆柱形三元锂离子电池热失控测试时热失控温度随时间的变化曲线得出在(Pheat-20)和(Pheat+20)加热(Pheat+20) 加热实施例一中所述的圆柱形三元锂离子电池热失效时的加热时间和热失控温度，列于表 3。
表3
Figure BDA0002124144760000061
从表3可知，不同加热功率条件下的加热时间t的标准差系数分别为0.24、0.02、0.19， 说明当以加热时间t作为判定试验重复性的标准时，Pheat加热条件具备较好的重复性；热 失控温度T的标准差系数分别为0.34、0.12、0.32，说明当以热失控温度T作为判定试验 重复性的标准时，Pheat加热条件同样具备较好的重复性；综合以上分析，Pheat加热条件下同时具备加热时间t和热失控温度T的最佳重复性。

Claims (7)

1.一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，其特征在于该方法具体如下：
按照以下公式计算圆柱形三元锂离子电池热失控时采用的最佳加热功率：
Pheat＝-AEcell+Bmcell；
其中，Pheat：加热功率，单位为W；
Ecell：圆柱形三元锂离子电池的额定能量，单位为Wh；
mcell：圆柱形三元锂离子电池的重量，单位为g；
A：取值范围为14.1～16.2；
B：取值范围为4～6.1。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，其特征在于所述的A：取值范围为14.6～16。
3.根据权利要求2所述的一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，其特征在于所述的A：取值范围为15.2～15.8。
4.根据权利要求1所述的一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，其特征在于所述的B：取值范围为4.2～5.3。
5.根据权利要求4所述的一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，其特征在于所述的B：取值范围为4.5～4.9。
6.根据权利要求1所述的一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，其特征在于所述的A：取值范围为15.4～15.6；所述的B：取值范围为4.6～4.8。
7.根据权利要求6所述的一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法，其特征在于所述的A：取值范围为15.537；所述的B：取值范围为4.7472。
CN201910616600.3A 2019-07-09 2019-07-09 一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法 Active CN110261787B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910616600.3A CN110261787B (zh) 2019-07-09 2019-07-09 一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910616600.3A CN110261787B (zh) 2019-07-09 2019-07-09 一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110261787A CN110261787A (zh) 2019-09-20
CN110261787B true CN110261787B (zh) 2021-04-02

Family

ID=67925300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910616600.3A Active CN110261787B (zh) 2019-07-09 2019-07-09 一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110261787B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111628249A (zh) * 2020-06-03 2020-09-04 湖北亿纬动力有限公司 一种方形电池模组及其加热方法和加热可靠性测试方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2319156A1 (en) * 2008-08-04 2011-05-11 Modular Energy Devices, Inc. Suppression of battery thermal runaway
CN103345561A (zh) * 2013-07-16 2013-10-09 上海航天电源技术有限责任公司 一种具有多层片状结构的锂离子电池热仿真分析方法
CN104008243A (zh) * 2014-05-29 2014-08-27 清华大学 动力电池模块热失控扩展过程传热量的定量分析方法
CN104614677A (zh) * 2015-01-12 2015-05-13 南京工业大学 一种锂离子电池热失控反应热的估算方法
CN104882639A (zh) * 2015-04-28 2015-09-02 湖北长海新能源科技有限公司 抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置
CN105301501A (zh) * 2015-08-10 2016-02-03 南京工业大学 一种充放电条件下锂离子电池生热量的估算方法
CN105954678A (zh) * 2016-04-21 2016-09-21 中国民航大学 一种电池热失控触发及释放气体收集装置
CN107861065A (zh) * 2017-09-30 2018-03-30 中国汽车技术研究中心 一种动力电池试验热失控测试方法
CN108199022A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 北京鼎能开源电池科技股份有限公司 一种高安全极片浆料添加剂及其制备方法
WO2018132911A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-26 National Research Council Of Canada Apparatus and method for initiating thermal runaway in a battery
CN108445039A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 清华大学 动力电池热失控安全性能预测方法、装置及计算机可读存储介质
CN208444887U (zh) * 2018-05-31 2019-01-29 浙江天能能源科技股份有限公司 一种高灵敏度安全防护锂离子电池
CN109884527A (zh) * 2019-02-13 2019-06-14 深圳市比克动力电池有限公司 一种锂离子电池热失控产热量计算方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101714656A (zh) * 2009-11-20 2010-05-26 东莞新能源科技有限公司 锂离子二次电池
CN102195097A (zh) * 2010-03-04 2011-09-21 江苏航虹电源有限公司 纳米硅胶体铅酸蓄电池
CN204203436U (zh) * 2014-11-28 2015-03-11 南京工业大学 锂离子电池热失控实验装置
CN109946634B (zh) * 2019-03-14 2020-12-25 南京能启能电子科技有限公司 一种锂离子电池热失控环境模拟设备及方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2319156A1 (en) * 2008-08-04 2011-05-11 Modular Energy Devices, Inc. Suppression of battery thermal runaway
CN103345561A (zh) * 2013-07-16 2013-10-09 上海航天电源技术有限责任公司 一种具有多层片状结构的锂离子电池热仿真分析方法
CN104008243A (zh) * 2014-05-29 2014-08-27 清华大学 动力电池模块热失控扩展过程传热量的定量分析方法
CN104614677A (zh) * 2015-01-12 2015-05-13 南京工业大学 一种锂离子电池热失控反应热的估算方法
CN104882639A (zh) * 2015-04-28 2015-09-02 湖北长海新能源科技有限公司 抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置
CN105301501A (zh) * 2015-08-10 2016-02-03 南京工业大学 一种充放电条件下锂离子电池生热量的估算方法
CN105954678A (zh) * 2016-04-21 2016-09-21 中国民航大学 一种电池热失控触发及释放气体收集装置
WO2018132911A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-26 National Research Council Of Canada Apparatus and method for initiating thermal runaway in a battery
CN107861065A (zh) * 2017-09-30 2018-03-30 中国汽车技术研究中心 一种动力电池试验热失控测试方法
CN108199022A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 北京鼎能开源电池科技股份有限公司 一种高安全极片浆料添加剂及其制备方法
CN108445039A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 清华大学 动力电池热失控安全性能预测方法、装置及计算机可读存储介质
CN208444887U (zh) * 2018-05-31 2019-01-29 浙江天能能源科技股份有限公司 一种高灵敏度安全防护锂离子电池
CN109884527A (zh) * 2019-02-13 2019-06-14 深圳市比克动力电池有限公司 一种锂离子电池热失控产热量计算方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A new method to determine the heating power of ternary cylindrical lithium ion batteries with highly repeatable thermal runaway test characteristics;Lei Liu;《Journal of Power Sources》;20201001;全文 *
Comparative analysis of bark and woodchip biomass piles for enhancing predictability of self-heating;SallyKrigstin;《Fuel》;20190415;全文 *
一款三元锂离子电池过充安全性的研究;刘磊;《电池工业》;20180430;全文 *
不同加热功率触发锂离子电池热失控特性研究;应炳松;《工业安全与环保》;20180703;全文 *
锂离子电池模组热失控扩展安全性的研究;刘磊;《电源技术》;20190331;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110261787A (zh) 2019-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiong et al. Toward a safer battery management system: A critical review on diagnosis and prognosis of battery short circuit
Zhang et al. Internal short circuit mechanisms, experimental approaches and detection methods of lithium-ion batteries for electric vehicles: A review
Zhao et al. Modeling internal shorting process in large-format Li-ion cells
Cavalheiro et al. Effects of nonuniform temperature distribution on degradation of lithium-ion batteries
Samad et al. Battery capacity fading estimation using a force-based incremental capacity analysis
Zavalis et al. Investigation of short-circuit scenarios in a lithium-ion battery cell
US9177466B2 (en) Advanced battery early warning and monitoring system
Zhu et al. Studies on the medium-frequency impedance arc for Lithium-ion batteries considering various alternating current amplitudes
CN110959122B (zh) 二次电池的安全性评估方法和设备
Goodman et al. Lithium-ion cell response to mechanical abuse: Three-point bend
CN110376530A (zh) 电池内短路检测装置及方法
Xing et al. Direction-dependent mechanical-electrical-thermal responses of large-format prismatic Li-ion battery under mechanical abuse
Zhang et al. Numerical investigation on the thermal behavior of cylindrical lithium-ion batteries based on the electrochemical-thermal coupling model
Zhang et al. Degradation characteristics investigation for lithium-ion cells with NCA cathode during overcharging
Gulsoy et al. In-situ temperature monitoring of a lithium-ion battery using an embedded thermocouple for smart battery applications
CN110261787B (zh) 一种圆柱形三元锂离子电池热失控测试时选择的最佳加热功率方法
CN112198437A (zh) 模拟锂离子电池内短路热失控的刺片、样品电芯及方法
Tian et al. Deep neural network‐driven in‐situ detection and quantification of lithium plating on anodes in commercial lithium‐ion batteries
Yu et al. Multi-Fault Diagnosis of Lithium-Ion battery systems based on correlation Coefficient and similarity Approaches
Kirchev et al. Li-Ion Cell Safety Monitoring Using Mechanical Parameters: Part II. Battery Behavior during Thermal Abuse Tests
Hendricks et al. Lithium-ion battery strain gauge monitoring and depth of discharge estimation
Song et al. A universal anisotropic model for a lithium‐ion cylindrical cell validated under axial, lateral, and bending loads
Shukla et al. Size‐dependent failure behavior of commercially available lithium‐iron phosphate battery under mechanical abuse
Zhang et al. Artificial Neural Network–Based Multisensor Monitoring System for Collision Damage Assessment of Lithium‐Ion Battery Cells
Zhang et al. Dynamic Crushing Behaviors of Cylindrical Lithium-Ion Battery Under Multiple Impacts: An Experimental Study

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant