多电池并联与热传播实验

交互设计

  作者:朱玉龙(来源:IND4汽车人)

  今天听了一天的标准会,随着热传播Thermal Propagation投票进入ISO6469的标准以后,这项标准也正式用来定性电池单体内短路之后对整个系统的影响,这其实挺契合一开始SAE做的分析评估想法。

  今天有个德国大哥讲得挺好的,这是一个研发和开发的实验,拿来做整车认证就有些缺乏一致性。不管那么多,我们来讨论一下这项实验对多电池并联之后的挑战。

  1)多电池并联

  我们假定未来的大容量电池系统,在软包、硬壳和圆柱几个路线上都要并联。

  在并联的过程中,一般是考虑存在多种短路模式的

  a)<10 毫欧的硬短路

  b)阻性短路,以系统设计的最大电流来考虑

  因此在系统里面往往考虑不少的内部熔丝的设计

  或者是这种

  在整个单体的熔丝设计过程,其实考虑多种的外部因素,以确保整个熔丝的熔断过程满足要求

  在Tab冲孔的过程中,整个工装对熔丝的特性还是有影响的;方壳里面的熔丝也需要仔细的核算整个熔断国恒的时间。

  2)热失控实验

  在这种条件下,在做单体热失控实验的过程,相比较小冯之前做的实验《A 3D thermal runaway propagation model for a large format lithium ion battery module》,不仅仅要考虑单体

  在考虑多种热诱导失控的方式的时候,比较在不同激发模式下的单体的热量和电压特性

  1)针刺:用直径>8mm的钉子刺穿电芯(单电芯或并联电芯), 使其发生内部 短路而引发热失控

  如下图所示,针刺带来的结果比较明显,在温度往上走的时候,电压已经开始往下跌落了。

  有谈到过用陶瓷针更加贴近内短路的实际情况

  2)加热:一定功率的加热板紧贴测试电芯,通过功率发热将电芯加热到一 定温度后导致其失控 Cling heater 需要确认加热板的材质、加热功率、散热状况

  如下图所示,在加热过程中,电池的温度上升,电压下降,当内短路发生的时候,整个电压降到0了。

  备注过充这种在并联的模式下无法使用,没办法模拟一个单体的情况,也过多的注入了额外的能量,在激发过程中,这种办法在当前的单体设计中也给屏蔽掉了。

  如果我们把多并联的模组,拿过去做热失控实验,整个过程就变得比较复杂了。实际的产热过程,就不仅仅是单体的传播过程,也包含其他单体在热失控的单体电压跌落的过程里面,一起释放热量,或者在电压跌落不多的条件下,提前给热失控单体注入额外的能量。如果我们加入更多的内容,这个事情就变得更为复杂了。多P的模组的热失控的特性,从热量隔绝和熔丝保护来看,都比之前更为复杂,不好做啊!

  相比较而言,如果要满足这项要求,18650级别要更容易,仔细看看华霆动力周鹏总的设计的这些熔丝的形状和熔断过程,在软件里面输入这些形状来模拟这个分断过程。

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