吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (4): 1072-1080.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180159

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三元动力电池及其成组后的过充安全性试验

陈吉清1,2(),刘蒙蒙1,2,兰凤崇1,2()   

  1. 1. 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510640
    2. 华南理工大学 广东省汽车工程重点实验室, 广州 510640
  • 收稿日期:2018-02-10 出版日期:2019-07-01 发布日期:2019-07-16
  • 通讯作者: 兰凤崇 E-mail:chjq@scut.edu.cn;fclan@scut.edu.cn
  • 作者简介:陈吉清(1966?)，女，教授，博士生导师.研究方向：电动汽车结构与安全技术.E?mail：chjq@scut.edu.cn
  • 基金资助:
    广东省软科学研究计划项目(2015A080803002);广东省科技计划项目(2014B010106002,2016A050503021);广州市科技计划项目(201707020045)

Experiment on overcharge safety of NCM battery and battery pack

Ji⁃qing CHEN1,2(),Meng⁃meng LIU1,2,Feng⁃chong LAN1,2()   

  1. 1. School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
    2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
  • Received:2018-02-10 Online:2019-07-01 Published:2019-07-16
  • Contact: Feng?chong LAN E-mail:chjq@scut.edu.cn;fclan@scut.edu.cn

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摘要：

为提升动力电池的过充安全性，明确过充热失控的发生机理、行为特点及传播特性，对三元动力电池及其成组后的过充热失控行为展开试验研究，得出电池过充热失控有明显的触发演化过程；电池电压从开始急剧下降到电池温度急剧升高完全热失控之间存在一定的反应时间；随着热失控的不断拓展，电池热失控所达到的最高温度会逐渐升高；模组结构在一定程度上能抑制电池过充热失控的发生。最后,提出改善三元动力电池及其成组后过充安全性的具体建议。

关键词: 车辆工程, 三元动力电池, 过充安全性, 热失控传播

Abstract:

In order to improve the overcharge safety of power battery as well as clarify the occurrence mechanism, the behavior characteristics and the propagation law of overcharge thermal runaway, the experiment on overcharge thermal runaway of NCM battery and battery pack are carried out. The results show that there is an obvious evolution process of overcharge thermal runaway. There is a time interval between the sharp shutdown of battery voltage and the exponential rise of battery temperature. The maximum temperature that each battery reached during thermal runaway process is elevated increasingly along with the thermal runaway propagation. Furthermore, the module structure to some extent can restrain the occurrence of overcharge thermal runaway. Finally, the suggestions for improving the overcharge safety of NCM battery and battery pack are proposed based on the above results.

Key words: vehicle engineering, NCM power battery, overcharge safety, thermal runaway propagation

中图分类号: 

  • U469.72

图1

动力电池过充热失控及其传播机理示意图"

图2

电池一致性测试"

图3

电池单体过充热失控试验温度测点"

图4

电池模组过充热失控传播试验"

图5

电池单体过充热失控过程中的电压、温度变化曲线"

表1

电池单体过充热失控行为特点"

过充时间/s 电压变化 温度变化 具体现象 热失控情况
约1800 逐渐平稳上升 温度缓慢上升 明显鼓包 未热失控
约3540 电压突然升高至10.156 V 温度快速上升

①鼓包量达到最大；

②电解液发生喷溅

 濒临热失控
约3550 电压急剧下降至4.7 V 温度持续上升 开始大量冒烟 开始热失控
约3560 电压缓慢下降4.2 V 温度加速上升 有火星出现但未燃烧 逐渐热失控
约3600 电压瞬间下降为0 V 温度急剧上升 开始起火并剧烈燃烧 完全热失控
约3720 0 V 温度有所下降 明火持续燃烧 持续热失控
约4080 0 V 逐渐冷却至室温 火焰慢慢熄灭 热失控结束

图6

电池单体过充热失控过程中不同时刻的热失控反应现象"

图7

电池成组过充热失控传播过程中的温度、电压和反应现象的变化情况"

图8

热失控传播过程前1800 s内电池温度、电压的变化曲线"

图9

热失控传播过程关键600 s内电池温度和 电压的变化曲线"

图10

热失控传播关键600 s内各电池的温度分布情况"

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