朱曉慶,王震坡,王 聰,易 密
(1.北京理工大學(xué),電動(dòng)車輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,北京 100081; 2.北京電動(dòng)車輛協(xié)同創(chuàng)新中心,北京 100081;3.廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院,廣州 511400)
以電動(dòng)汽車為主的新能源汽車是我國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一,也是“中國(guó)制造2025”的重點(diǎn)推進(jìn)領(lǐng)域之一。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心部件,動(dòng)力電池的安全性是電動(dòng)車發(fā)展過(guò)程中首先要考慮和解決的問(wèn)題[1-2]。鋰離子動(dòng)力電池具有高比能量、低自放電率、無(wú)記憶性和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用到純電動(dòng)汽車領(lǐng)域[3]。為獲得更長(zhǎng)的續(xù)駛里程,高能量密度的富鎳三元材料鋰離子動(dòng)力電池,例如NCM622鋰離子電池,已經(jīng)在逐步取代傳統(tǒng)的 LiMn2O4(LMO),LiCoO2(LCO)和 LiFePO4(LFP)鋰離子電池[4]。隨著鋰離子動(dòng)力電池能量密度的提高和化學(xué)活性的提升,在追求動(dòng)力電池高能量密度帶來(lái)電動(dòng)汽車長(zhǎng)續(xù)駛里程和使用便利的同時(shí),安全隱患越來(lái)越突出[5]。近年來(lái),以熱失控為特征的動(dòng)力電池安全性事件在國(guó)內(nèi)外頻發(fā),嚴(yán)重困擾著電動(dòng)汽車的發(fā)展。
過(guò)充電(以下簡(jiǎn)稱“過(guò)充”)是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障之一。充電系統(tǒng)故障、BMS的不合理設(shè)計(jì)和動(dòng)力電池系統(tǒng)中電池單體的不一致性都會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)充[6],若不及時(shí)切斷充電電流,過(guò)充將損壞電池系統(tǒng),甚至導(dǎo)致電池起火、爆炸等災(zāi)難性后果。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋰離子電池過(guò)充失效特性開(kāi)展了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究。Leising等人對(duì)棱柱形LCO鋰離子電池進(jìn)行過(guò)充測(cè)試,以闡明過(guò)充反應(yīng)的機(jī)理,結(jié)果表明,在高電流下,鋰的熔化可能是電池破裂的重要原因[7]。與Leising的工作類似,Ohsaki等對(duì)過(guò)充反應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)研究,并通過(guò)熱失控特征將電池過(guò)充過(guò)程分為4個(gè)階段[8]。Spotnitz等人通過(guò)模擬大功率鋰離子電池的熱行為來(lái)研究其濫用行為[9],過(guò)充模擬結(jié)果顯示熱失控是在過(guò)充過(guò)程中通過(guò)將電池加熱到高溫來(lái)激活分解反應(yīng)的結(jié)果。Zeng Yuqun等人將電池溫度和最高電壓與正極中的鋰濃度相關(guān)聯(lián)來(lái)研究Bellcore鋰離子電池的過(guò)充特性[10],結(jié)果表明,控制活性材料中的鋰濃度是確保鋰離子電池過(guò)充安全性的重要措施。D.Belov等人利用差示掃描量熱法(DSC)測(cè)試了LCO陰極在過(guò)充條件下鋰離子電池的失效機(jī)理[11]。歐陽(yáng)明高等人研究了過(guò)充引起NCM+LMO鋰離子電池的容量衰減現(xiàn)象,并采用增量容量分析(ICA)法研究了過(guò)充導(dǎo)致容量衰退的機(jī)制[12]。Ren Dongsheng等人開(kāi)發(fā)了一種電化學(xué)熱耦合模型來(lái)模擬NCM+LMO復(fù)合正極材料鋰離子電池過(guò)充至熱失控的演變過(guò)程[13]。然而,目前,對(duì)于大容量富鎳NCM622鋰離子動(dòng)力電池的過(guò)充失效的相關(guān)研究還很少,其過(guò)充行為特性還不明確。
本文中通過(guò)過(guò)充測(cè)試,研究富鎳軟包NCM622鋰離子動(dòng)力電池在不同過(guò)充階段和不同充電倍率條件下的行為特性,為富鎳鋰離子電池的安全性設(shè)計(jì)和BMS對(duì)電池系統(tǒng)的安全性管理提供技術(shù)支撐。
本文中所采用的實(shí)驗(yàn)樣品為某廠商生產(chǎn)的額定容量為30 A·h的商用軟包鋰離子電池單體(以下簡(jiǎn)稱“電池”)。正極材料為L(zhǎng)iNi0.6Co0.2Mn0.2O2,負(fù)極材料為石墨,電解液是LiPF6溶解在體積分?jǐn)?shù)比為1∶1∶1的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC)混合溶劑中,隔膜材料為多孔的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP),充放電截止電壓范圍為3.0~4.2 V,標(biāo)稱質(zhì)量為 600 g,外形尺寸為250 mm×180 mm×6.4 mm。
圖1 過(guò)充測(cè)試系統(tǒng)配置
過(guò)充測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和溫度傳感器布置如圖1(a)所示。該系統(tǒng)主要由BTS60060C1型NBT-電池測(cè)試系統(tǒng)(最高電壓60 V,最大充/放電電流為600 A)、數(shù)碼攝像機(jī)、FLIR A615紅外熱成像儀以及數(shù)據(jù)記錄儀構(gòu)成。過(guò)充測(cè)試之前,需用阻燃膠帶將6個(gè)k型熱電偶固定到電池表面,其固定位置已在圖1(b)中用五角星標(biāo)出。6個(gè)k型熱電偶分別被命名為TN1~TN6。
為了保證實(shí)驗(yàn)人員的安全,電池被放置于一無(wú)蓋防爆箱中。過(guò)充測(cè)試之前,所有被測(cè)電池都使用恒流恒壓模式被充電到SOC為100%。分別以2,1,1/2,1/3,1/5和 1/8 C倍率恒流充電模式對(duì) 6塊編號(hào)為No.1-No.6的鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行過(guò)充測(cè)試,直到電池發(fā)生起火、爆炸,或過(guò)充容量超過(guò)30 A·h時(shí)停止該測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中,電池實(shí)時(shí)電壓、電流由NBT-電池測(cè)試系統(tǒng)記錄,電池表面溫度由k型熱電偶和數(shù)據(jù)記錄儀采集,同時(shí),熱成像和視頻數(shù)據(jù)也被實(shí)時(shí)記錄。
2.1.1 鋰離子電池在不同過(guò)充階段的行為特性
本文中以測(cè)試No.3為例對(duì)過(guò)充導(dǎo)致鋰離子電池?zé)崾Э氐男袨樘匦赃M(jìn)行詳細(xì)分析。圖2所示為測(cè)試No.3溫度快速上升階段(階段Ⅲ)和熱失控階段(階段Ⅳ)的熱成像圖。圖2清楚地顯示了電池表面的溫度分布和電池形變情況。圖3所示為測(cè)試No.3在過(guò)充過(guò)程中的溫度、電壓、電流曲線變化情況,其中圖3(c)為圖3(a)的放大圖。其中T1-T6分別表示傳感器TN1-TN6所測(cè)到的溫度曲線。
圖2 測(cè)試No.3熱成像圖
利用移動(dòng)平均算法(movingaveragealgorithm)對(duì)溫度曲線T6的微分進(jìn)行平滑處理,可得溫升速率隨溫度變化的溫度相圖[14],如圖4所示。當(dāng)熱失控發(fā)生時(shí),溫升速率呈指數(shù)增長(zhǎng),熱失控起始溫度T3為115℃,最大溫升速率為1 096.6℃·min-1,相應(yīng)的溫度約為450℃??梢?jiàn),當(dāng)溫度達(dá)T3時(shí),電池的熱失控風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)無(wú)法得到有效控制,這對(duì)于駕駛員和乘客來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的。
由圖3和圖4可以看出:隨著過(guò)充測(cè)試的進(jìn)行,電池電壓逐漸升高,當(dāng)達(dá)到峰值電壓后又略微下降;電池表面溫度也逐漸升高,但在熱失控發(fā)生之前,溫升速率很?。ㄈ鐖D4所示),而當(dāng)熱失控發(fā)生時(shí),電池溫度以指數(shù)方式急劇升高,達(dá)到最高溫度652.5℃。為方便描述,依據(jù)過(guò)充過(guò)程中的溫度、電壓、電流曲線的變化規(guī)律,定義電壓曲線拐點(diǎn)電壓為UIP,平臺(tái)電壓為UP,峰值電壓為Ucr,與拐點(diǎn)電壓UIP和峰值電壓Ucr相對(duì)應(yīng)的溫度分別為 T1和T2,T3為熱失控發(fā)生的初始溫度。此外,測(cè)試過(guò)程中的最高電壓記為Umax,最高溫度記為Tmax,測(cè)試結(jié)束時(shí)的SOC值記為SOCend。基于過(guò)充過(guò)程中的溫度、電壓變化規(guī)律和關(guān)鍵性參數(shù)(UIP,Ucr,T1,T2和 T3),并參考已有文獻(xiàn),將過(guò)充導(dǎo)致熱失控過(guò)程分為4個(gè)階段,分別為:階段Ⅰ、階段Ⅱ、階段Ⅲ和階段Ⅳ。
階段Ⅰ:從A點(diǎn)到B點(diǎn)。隨著充電時(shí)間和相應(yīng)SOC的增加,電池電壓逐漸升高,并達(dá)到拐點(diǎn)電壓UIP(4.7 V),相應(yīng)的 SOC值達(dá)到133.5%,溫升速率小于0.15℃·min-1(如圖4所示),電池外形沒(méi)有明顯變化。在此階段,各個(gè)熱電偶所監(jiān)測(cè)到的溫度上升趨勢(shì)基本一致,溫度差異不大。階段Ⅰ的持續(xù)時(shí)間為2 418 s,超過(guò)整個(gè)過(guò)充測(cè)試時(shí)間的一半。
圖3 過(guò)充測(cè)試No.3的溫度、電壓、電流變化曲線
圖4 測(cè)試No.3的溫度相圖
階段Ⅱ:從B點(diǎn)到C點(diǎn)。負(fù)極的鋰化繼續(xù)進(jìn)行,但是正極的鋰不可能完全轉(zhuǎn)移到負(fù)極。溫升速率明顯加快,達(dá)到3.81℃·min-1,不同熱電偶所監(jiān)測(cè)到的溫度差異逐漸顯現(xiàn)。一旦電壓值超過(guò)UIP(4.7 V),電壓迅速上升。電壓曲線的瞬變彎曲表明石墨負(fù)極上析鋰反應(yīng)的開(kāi)始,同時(shí),由于過(guò)量鋰的嵌入,鋰枝晶開(kāi)始在負(fù)極表面生長(zhǎng)。因此,電壓的急劇增加是由于析鋰反應(yīng)所引起的負(fù)電位偏移導(dǎo)致的[15]。在正極,NCM111復(fù)合電極中的 Mn離子在高電位條件下開(kāi)始分解,同時(shí)電解液開(kāi)始氧化[16]。Kumai等人研究發(fā)現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)電解液1M LiPF6/EC∶DEC∶DMC=1∶1∶1在4.9-5 V電壓范圍內(nèi)被氧化分解,并在分解過(guò)程中釋放CH4,烷烴和CO2[15]。這些氣體被釋放到電池正負(fù)極之間和鋁塑包裝膜中,導(dǎo)致正負(fù)極間距增大以及電池的膨脹。當(dāng)電壓值達(dá)到UP(5.09 V)時(shí),觀測(cè)到一電壓平臺(tái),這在之前發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)中沒(méi)有被報(bào)道。盡管該電壓平臺(tái)持續(xù)時(shí)間較短,但是它的存在表明,電池內(nèi)部發(fā)生了“歧化”反應(yīng)(“disproportionation”reaction),涉及基于吉布斯相律(gibbs phase rule)的1階相變。在“歧化”反應(yīng)中,由于兩相共存且Ni0.6Co0.2Mn0.2Ox和Li的活性不變,從而導(dǎo)致電壓平臺(tái)的出現(xiàn)[17]。電壓超過(guò) UP后,又顯著升高,達(dá)到峰值電壓 Ucr(5.23 V),該電壓是熱失控發(fā)生之前的最高電壓。然而,即使在較高的峰值電壓Ucr下,電池表面溫度也僅為58℃。
階段Ⅲ:從C點(diǎn)到D點(diǎn)。SOC從145.1%增加到151.84%。電池內(nèi)部開(kāi)始發(fā)生微短路,反應(yīng)的加速過(guò)程開(kāi)始。電池溫升速率比階段Ⅱ快,且不同熱電偶之間的溫差增大,這表明,電池內(nèi)部散熱不良,導(dǎo)致熱量累積、溫升加快。相應(yīng)地,電池溫度由T2(58℃)升至T3(115℃)。在C點(diǎn),幾乎所有的鋰被從正極轉(zhuǎn)移到負(fù)極,因此電池電壓開(kāi)始略微下降。在階段Ⅲ即將結(jié)束時(shí)電池電壓突然下降,隨后,電池電壓在幾秒內(nèi)迅速降至0。此外,由于劇烈副反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體被釋放到電池包裝內(nèi),導(dǎo)致電池發(fā)生劇烈變形,如圖2所示。同時(shí),在此階段,在電極 電解液界面處,電解液和鋰之間的副反應(yīng)將消耗鋰,導(dǎo)致固體電解質(zhì)膜(solid electrolyte interphase,SEI)的增厚,從而保護(hù)負(fù)極,鋰的消耗也會(huì)導(dǎo)致電壓下降。但是,隨著內(nèi)溫度的升高,SEI膜開(kāi)始分解,由于電極失去SEI膜的保護(hù),嵌入鋰與電解液之間的反應(yīng)將繼續(xù)進(jìn)行。
階段Ⅳ:從D點(diǎn)到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。最后,當(dāng)電池內(nèi)部溫度達(dá)到PE和PP隔膜(120~150℃)的熔化溫度時(shí),電壓和充電電流急劇下降,電池內(nèi)部發(fā)生大量?jī)?nèi)短路。溫度急劇升高,導(dǎo)致各種放熱反應(yīng)的發(fā)生,例如:嵌入鋰和電解液之間的劇烈反應(yīng),嵌入鋰和氟化粘合劑之間的反應(yīng),正極活性物質(zhì)與電解液之間的反應(yīng),正極活性物質(zhì)分解與電解液的分解和燃燒等[9,15]。電池從上部破裂、起火、爆炸,其內(nèi)部能量以熱的方式被迅速釋放,熱失控發(fā)生。同時(shí),破裂過(guò)程伴有大量煙霧,如圖2所示。電池表面溫度從T3(115℃)以指數(shù)方式增長(zhǎng)到最高溫度 Tmax(652.5℃)(由 TN6記錄)。
圖5總結(jié)了不同過(guò)充階段電池內(nèi)部發(fā)生的反應(yīng)和變化。
圖5 不同過(guò)充階段三元鋰離子動(dòng)力電池的內(nèi)部反應(yīng)和變化
2.1.2 電池表面溫度差異
在正常情況下,鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)中的最大溫差不允許超過(guò)10℃,溫度差異嚴(yán)重影響動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)部電池的不一致性,進(jìn)而影響電池壽命,甚至導(dǎo)致不可預(yù)知事故的發(fā)生。圖6所示為測(cè)試No.3的最高溫度熱電偶編號(hào)及6個(gè)熱電偶所測(cè)溫度的最大溫差(MTD)。在過(guò)充期間,電壓超過(guò)電壓曲線拐點(diǎn)電壓UIP之前,6個(gè)熱電偶之間的最大溫差非常小。在大部分測(cè)試時(shí)間內(nèi),最大溫差都小于1℃,直到過(guò)充時(shí)間超過(guò)2 866 s時(shí),最大溫差才達(dá)到5℃,相應(yīng)的溫度為43.4℃。在3 363 s時(shí),最大溫差超過(guò)10℃,此時(shí)必須盡快采取有效措施切斷充電電源并冷卻動(dòng)力電池系統(tǒng)。因此,對(duì)于BMS來(lái)說(shuō),MTD可被用于監(jiān)控動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全狀態(tài)(SOS)。此外,最高溫度出現(xiàn)位置不是固定不變的,但總位于電池的中部或底部,而從來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)在電池頂部的極耳附近,如圖2和圖6(a)所示。因此,對(duì)于大多數(shù)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池系統(tǒng)而言,溫度傳感器僅設(shè)置在電池極耳附近是不合理的。
圖6 測(cè)試No.3最高溫度熱電偶編號(hào)及最大溫差
值得注意的是,在測(cè)試No.6結(jié)束時(shí),SOC已經(jīng)超過(guò)200%,雖然電池發(fā)生了嚴(yán)重膨脹但是并沒(méi)有發(fā)生熱失控。這一結(jié)果證實(shí)了 Tobishima[18]和 Leising[7]的發(fā)現(xiàn),在低充電倍率(<C/5)的條件下,由于生熱速率小,熱量散失速率大于電池生熱速率,熱量無(wú)法持續(xù)累積,電池不會(huì)發(fā)生熱失控。但是,這與文獻(xiàn)[15]中研究結(jié)論不同。事實(shí)上,充電速率并不是決定鋰離子電池是否發(fā)生熱失控的唯一因素,有很多因素與充電倍率一樣重要,包括活性材料性質(zhì)、電解液成分、隔膜特性和電池的質(zhì)量等[11]。
圖7所示為不同過(guò)充倍率下的溫度和電壓曲線,其中各個(gè)測(cè)試的最高溫度Tmax和峰值電壓為Ucr已經(jīng)在圖中被標(biāo)記,其他關(guān)鍵性參數(shù)的變化規(guī)律如表1所示。
圖7 不同過(guò)充倍率下的溫度和電壓曲線
表1 不同過(guò)充倍率條件下的測(cè)試結(jié)果
由圖7和表1可知,隨著過(guò)充倍率的增加,發(fā)生熱失控時(shí)間逐漸縮短,這與高倍率充電條件下的熱量累積速率有關(guān),在高倍率充電時(shí),極化內(nèi)阻增加,在相同條件下,由焦耳熱生熱率P=I2·rbat可知(式中,rbat為電池內(nèi)阻,I為過(guò)充電流),熱量累積速率較快,從而導(dǎo)致電池溫升速率的加快。溫升速率的加快又進(jìn)一步加速電解液的氧化和活性物質(zhì)的分解,電池失效加速,因此,在高倍率充電條件下SOCend較低。值得注意的是,盡管高倍率充電條件下的SOCend較低,但是熱失控發(fā)生時(shí)的最高溫度Tmax較高。這表明,在過(guò)充條件下,熱失控發(fā)生時(shí)的劇烈程度和最高溫度與過(guò)充倍率有很大關(guān)系,而電池的SOC對(duì)于熱失控劇烈程度和最高溫度影響有限,同時(shí),視頻和熱成像數(shù)據(jù)也證實(shí)了該結(jié)論。因此,使用高倍率電流充電時(shí),特別是現(xiàn)在常用的快速充電設(shè)備,更需要警惕和預(yù)防過(guò)充所導(dǎo)致的熱失控危險(xiǎn)。
UIP是過(guò)充時(shí)電壓曲線的拐點(diǎn)電壓。當(dāng)電池電壓接近UIP時(shí)電池溫度升高,這表明內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)在UIP附近變得活躍。電壓曲線的瞬變彎曲表明金屬鋰開(kāi)始在石墨負(fù)極上析出,析鋰反應(yīng)會(huì)加速電極的老化[19]。
對(duì)于較低的過(guò)充倍率(≤1C),可觀察到一電壓平臺(tái),UP是電壓平臺(tái)的電壓值。通常,電壓平臺(tái)表示電極中的相變過(guò)程,同時(shí),高電壓平臺(tái)預(yù)示著析出鋰被氧化和從石墨表面的剝離。在此電壓范圍內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)商用電解液(1 M LiPF6/EC∶DEC∶DMC=1∶1∶1)開(kāi)始在正極被氧化,電解液氧化所產(chǎn)生的熱量是導(dǎo)致溫度升高的另一個(gè)原因[15]。
Ucr是電壓曲線的峰值電壓和階段Ⅲ的起始電壓。隨后,電池電壓開(kāi)始略微下降。當(dāng)電壓進(jìn)入階段Ⅲ時(shí),石墨負(fù)極中的鋰已經(jīng)達(dá)到飽和。由于石墨負(fù)極沒(méi)有額外空間容納更多的鋰,析鋰反應(yīng)變得更加嚴(yán)重,從而導(dǎo)致大量的鋰將沉積在負(fù)極表面[20]。
Ucr和UIP隨充電倍率的變化情況如圖8所示。隨著充電倍率的增加,Ucr線性增加,其擬合直線如式(1)所示,其中|Ucr|和|C|是無(wú)量綱的數(shù)字,分別為Ucr和過(guò)充倍率C的絕對(duì)值。Ucr擬合直線的和方差(SSE)為 0.008 623,確定系數(shù)(R-square)為0.875 4。雖然 UIP的值存在波動(dòng),但總是穩(wěn)定在4.8 V附近。這表明對(duì)于本測(cè)試所用三元鋰離子電池來(lái)說(shuō),在過(guò)充條件下石墨負(fù)極中發(fā)生析鋰反應(yīng)的起始電壓值約為4.8 V。
圖8 U cr和U IP隨充電倍率的變化情況
此外,由圖3(a)和表1可知,在熱失控發(fā)生時(shí)電壓的快速下降總是略微提前于溫度的急劇上升,在各倍率條件下的過(guò)充測(cè)試中觀察到同樣的現(xiàn)象,只是時(shí)間間隔有所差異。這為預(yù)測(cè)即將發(fā)生的熱失控危險(xiǎn)提供了一種可能的手段。
圖9所示為發(fā)生熱失控后的電池樣品。5塊電池樣品都遭受嚴(yán)重膨脹、起火和爆炸,正負(fù)極已經(jīng)粘連在一起,無(wú)法分辨。樣品表面仍有部分銀白色鋁碎片存在,同時(shí),在電池內(nèi)部燒焦電極表面觀察到一些灰燼和銀白色物質(zhì),推測(cè)這些灰燼和銀白色物質(zhì)可能是熔化的隔膜和熔化的正極集流體鋁箔。這表明在過(guò)充過(guò)程中,電池內(nèi)部溫度達(dá)到了鋁箔的熔點(diǎn),660℃[19]。此外,在測(cè)試 No.1和測(cè)試 No.2的負(fù)極集流體表面發(fā)現(xiàn)許多圓形小孔,懷疑這是由于負(fù)極集流體銅箔熔化所致,這種現(xiàn)象表明,在高倍率充電條件下,電池內(nèi)部溫度甚至達(dá)到銅箔的熔點(diǎn)1 083.4℃。因此,使用高倍率電流為電池充電更加危險(xiǎn)。
圖9 發(fā)生熱失控后的電池樣品
本文中基于過(guò)充實(shí)驗(yàn)研究了額定容量為30 A·h的三元軟包NCM622鋰離子動(dòng)力電池單體在不同過(guò)充階段和不同充電倍率下的過(guò)充行為特性,研究結(jié)果表明:
(1)鋰離子電池過(guò)充至熱失控過(guò)程可分為4個(gè)階段,隨著電池SOC的增加,電池電壓逐漸升高,當(dāng)充電倍率≤1C時(shí),在電壓升高過(guò)程中觀察到一電壓平臺(tái),當(dāng)電壓達(dá)到峰值電壓后又略有下降,同時(shí)電池表面溫度也逐漸升高,而當(dāng)熱失控發(fā)生時(shí),電池溫度以指數(shù)方式急劇升高,電池內(nèi)部最高溫度均超過(guò)鋁箔的熔化溫度660℃;
(2)電池表面最高溫度位置不是固定不變的,但總位于電池的中部或底部,對(duì)于大多數(shù)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池系統(tǒng)而言,溫度傳感器僅設(shè)置在電池極耳附近是不合理的,且在大部分測(cè)試時(shí)間內(nèi),最大溫差都小于1℃,但是當(dāng)熱失控發(fā)生時(shí)溫差達(dá)到最大值485.9℃;
(3)在熱失控發(fā)生時(shí)電壓的快速下降總是略微提前于溫度的急劇上升,這為預(yù)測(cè)即將發(fā)生的熱失控危險(xiǎn)提供了一種可能的手段;
(4)充電倍率對(duì)鋰離子電池過(guò)充行為特性影響較大,隨著充電倍率的增加,熱失控最高溫度和峰值電壓升高,并且峰值電壓與充電倍率呈線性關(guān)系,而過(guò)充時(shí)間和測(cè)試結(jié)束時(shí)的SOC值隨著充電倍率的升高而降低。
本研究為富鎳三元鋰離子動(dòng)力電池的安全性設(shè)計(jì)和BMS對(duì)過(guò)充故障的安全管理提供了參考。