一种用于电池热失控预防的延时方法与流程

本发明属于电池热失控预防领域，更具体地说，尤其涉及一种用于电池热失控预防的延时方法。

背景技术：

1、目前，汽车行业的研究的重点已转向开发一种更环保的传统内燃机(ice)动力车辆的替代品。根据最近的油井到车轮碳足迹监测报告显示，电池驱动车辆(bev)的技术进步被广泛认为是可持续车辆，因为与传统内燃机车辆相比，它产生的碳排放量减少了60％。

2、对于电池供电的车辆，其产生推进力，通常主要由成百甚至上千个电池单元排列在电池组内，以满足全部驱动的功率要求。然而，应该注意的是，电池的热失控(tr)通常会产生过多的热量和可燃气体，如h2，ch4，c2h4，c2h6，co和其他碳氢化合物，这些碳氢化合物会成为能量爆发的促进剂，在电池组内迅速传播热量，从而引起冒烟起火，甚至爆炸。通常为了控制热失控，对于电池系统要通过热管理系统严格控制其操作温度，主动和被动冷却系统是锂电池热管理的两种基本方法。主动冷却系统由强制风冷、液体冷却和热电冷却器组成。被动系统则不需要外部能量，所有热损失都通过传导、对流和辐射发生。在被动冷却系统中，几种散热解决方案是可行的，包括自然对流或空气冷却、相变材料(pcm)、金属泡沫、膨胀表面、均热板和热管。

3、在上述基础上，从电池的设计结构来看，如果电池的结构不正确，没有适当的机制来散发产生的热量，它将发生灾难性的热失控故障。故而，热失控是一种失效机制，可以在从电极微观结构到电池组水平的多个长度尺度上判定和检测。到目前为止，当前的研究和开发重点都是研究棱柱形电池的热滥用性质以及与相变材料相关的凝固和熔化行为。

4、当自加热到90摄氏度时候并开始，固体电解质界面(sei)层开始溶解。随后在大约100摄氏度下，阳极活性材料和电解质粘合剂之间迅速发生电化学反应。紧接着，电芯中的聚合物隔膜的熔融温度在120至140摄氏度之间。再进一步，阴极的活性材料在170摄氏度至235摄氏度的高温下开始分解并产生氧气。

5、可以总结一下的是，过去已经进行了大量的实验和计算研究，以检查锂离子电池的热管理和热失控过程。但是，从另外一方面看来，对于如何挑选和确定使用不同熔点的相变材料，从而延迟热失控触发点发生的预防性方法的研究很少，因此，我们提出一种用于电池热失控预防的延时方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于电池热失控预防的延时方法，提出了在使用配备不同熔点的相变材料的被动冷却策略时，应在pcm壁上提供隔热层，从而，从电池包层次来开，延迟和防范从一个电芯传播到另一个电芯的热失控发生。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于电池热失控预防的延时方法，本方法针对不同熔点的相变材料的被动冷却，包括如下步骤：

4、在相变材料壁上提供隔热层；

5、建立热滥用反应及热失控模型，并计算棱柱形电池浸没在相变材料中并在不同环境温度下工作时可能发生热失控的时间延迟量；

6、当棱柱形电池因热辅助测试而变热时，围绕它的相变材料开始将其相位从固态变为液态；

7、根据变为液态的相变材料计算热量通过电池需要多长时间。

8、优选的，所述热滥用反应和热失控模型从电池材料功能降级的过程中发生的固体电解质界面的分解、负极-电解质反应、正极-电解质反应、电解质分解反应数据中计算热量通过电池需要多长时间。

9、优选的，所述固体电解质界面分解反应采用如下计算式：

10、

11、其中，asei表示分层频率因子，csei表示热失控触发电池中的锂离子量，esei是sei击穿过程中的活化能电荷，r是t支持的体积触发电池温度增加的通用气体常数，m表示反应动力学参数。

12、优选的，所述负极-电解质反应采用如下计算式：

13、

14、其中，cne是嵌入碳的锂，tsei是sei的无量纲层厚度，tsei,ref是sei在初始阶段的参考厚度值，ane和ene表示动力学进展参数，m表示反应动力学参数，但这次，ne表示负极-电解质界面；

15、上式说明了在第一层，即，sei界面击穿后，接下来在负极电解质上发生的化学链式反应的机理。

16、优选的，所述正极-电解质反应采用如下计算式：

17、

18、其中，pe表示正极的反应，ape和epe是正极的动力学进展参数，表示在阴极反应上嵌入的锂的无量纲量与正极表示的反应顺序中的相互作用程度成正比；

19、从上式中能了解m与pe相互作用的化学动力学反应，与正极电解质的分解有关。

20、优选的，所述电解质分解反应采用如下计算式：

21、

22、其中，ce表示电解质的浓度，它是一个无量纲的量；ape和epe是电解质分解过程中的动力学进展参数，e表示电解质的反应参数，上式说明了化学动力学反应m与所述电解质分解反应。

23、优选的，所述的相变材料吸收电池产生的表面热量，并通过将其相从固体变为液体来同时以潜热的形式存储，从而能够延迟热失控触发点；

24、当相变材料达到液态时，无法提供足够的传热速率，因此电池进入过热模式，同时，相变材料达到液态通过改变相位，并通过对流冷却保持电池冷却的趋势会在短时间内减慢电池的热失控触发点。

25、优选的，所述的隔热层以预氧丝或其他类型的气凝胶复合材料为核心，以高分子pet或pi膜封装材料，经热压或涂覆复合而成，具有隔热和缓冲功能，能防止电芯热失控，当其中一块电芯发生热失控时，电芯间的气凝胶隔热垫可阻隔其热量向相邻的电芯传递，防止热扩散，避免电池电芯热失控的多米诺效应。

26、本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种用于电池热失控预防的延时方法，与现有技术相比，本发明主要用于分析电池在热滥用条件下的热失控机制和触发点时间延迟策略设计方案；同时，该专利提出了延时热失控触发点的策略解决方案和延时热失控触发点的pcm熔点分析和对策方案；

27、其次，相变材料能够延迟热失控触发点，因为它倾向于吸收电池产生的表面热量，并通过将其相从固体变为液体来同时以潜热的形式存储；当pcm达到液态时，无法提供足够的传热速率，因此电池进入过热模式，但是，它通过改变相位，并通过对流冷却保持电池冷却的趋势会在短时间内减慢电池的热失控触发点；

28、此外，相变材料在电池组级别的配置下，相变材料可以将一个电池与另一个电池之间的隔热屏障集成在一起，因为相变材料的碳氢化合物含量可以以更快的速度促进电池组内的热传播。

技术特征：

1.一种用于电池热失控预防的延时方法，其特征在于，本方法针对不同熔点的相变材料的被动冷却，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于电池热失控预防的延时方法，其特征在于：所述热滥用反应和热失控模型从电池材料功能降级的过程中发生的固体电解质界面的分解、负极-电解质反应、正极-电解质反应、电解质分解反应数据中计算热量通过电池需要多长时间。

3.根据权利要求2所述的一种用于电池热失控预防的延时方法，其特征在于：所述固体电解质界面分解反应采用如下计算式：

4.根据权利要求2所述的一种用于电池热失控预防的延时方法，其特征在于：所述负极-电解质反应采用如下计算式：

5.根据权利要求2所述的一种用于电池热失控预防的延时方法，其特征在于：所述正极-电解质反应采用如下计算式：

6.根据权利要求2所述的一种用于电池热失控预防的延时方法，其特征在于：所述电解质分解反应采用如下计算式：

7.根据权利要求1所述的一种用于电池热失控预防的延时方法，其特征在于：所述的相变材料吸收电池产生的表面热量，并通过将其相从固体变为液体来同时以潜热的形式存储，从而能够延迟热失控触发点；

8.根据权利要求1所述的一种用于电池热失控预防的延时方法，其特征在于：所述的隔热层以预氧丝或其他类型的气凝胶复合材料为核心，以高分子pet或pi膜封装材料，经热压或涂覆复合而成，具有隔热和缓冲功能，能防止电芯热失控，当其中一块电芯发生热失控时，电芯间的气凝胶隔热垫可阻隔其热量向相邻的电芯传递，防止热扩散，避免电池电芯热失控的多米诺效应。

技术总结
本发明公开了一种用于电池热失控预防的延时方法，本方法针对不同熔点的相变材料的被动冷却，包括如下步骤：在相变材料壁上提供隔热层；建立热滥用反应及热失控模型，并计算棱柱形电池浸没在相变材料中并在不同环境温度下工作时可能发生热失控的时间延迟量；当棱柱形电池因热辅助测试而变热时，围绕它的相变材料开始将其相位从固态变为液态；根据变为液态的相变材料计算热量通过电池需要多长时间，本发明主要用于分析电池在热滥用条件下的热失控机制和触发点时间延迟策略设计方案；同时，该专利提出了延时热失控触发点的策略解决方案和延时热失控触发点的PCM熔点分析和对策方案。

技术研发人员：阎全忠,张连新,江运宝
受保护的技术使用者：上饶洛信智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24