介绍其中的一种方法,是对串联电池组的内短路检测方法,主要基于一致性差异进行诊断。具体来看,可以建立有内短路和没有内短路的等效模型,基于这个等效模型和平均差异模型进行在线参数估计,有内短路之后电位和等效阻抗发生了变化,我们对这两个参数进行了参数辨识,最后可以找出究竟是哪一个单体出现了问题,通过验证试验结果,很明显的能够发现某一个电池有内短路。但算法只是一个基础,在此基础上,我们还要结合大量工程实验数据,最终开发出了实用化的检测算法。当然仅仅内短路检测是不够的,需要对过充、过放、SOP等进行综合管理,才有可能实现内短路以及热失控的提前预警,这就是新一代的电池管理系统,是以安全为核心的全方位状态估计和故障检测。
单体电池热失控与热设计
隔膜材料发生了很多变化,从PE、PP、PE+Ceramic到PET材料,隔膜的耐热温度已经很高了,可以达到300℃;与此同时,正极材料从早期的LFP,到NCM111、NCM523、NCM622,再到现在的NCM811,正极材料的释氧温度在逐步降低。
随着这两种技术的变化,热失控的机理也在发生变化。早期电池大多由于隔膜崩溃引发大规模内短路引发热失控,但目前使用的耐高温隔膜配811正极动力电池,其热失控的机理已经发生变化,正极材料释氧变成了引发热失控的主因。实验结果表明,在没有内短路的情况下,把隔膜完全去掉,电解液抽干依然会发生热失控。当把正负极粉末混合进行测试,会出现剧烈的放热峰值。通过进一步的分析发现,充电态正极材料在250℃左右开始出现相变,并释放活性氧,产生的氧气与负极发生反应,放热量急剧增加,因此在新电池体系中,正负极氧化还原反应产生大量热量是导致热失控的直接原因,而不仅仅是传统电池体系中隔膜崩溃导致内短路引发热失控。
基于上述机理分析,对各种电池材料放热副反应相关参数进行测量,再利用热分析动力学进行分析和参数优选,最后把所有副反应整合起来就可以对整个热失控过程进行预测。由此,基于准确的电池热失控预测,可用于指导电池安全性设计。在统计多种电池材料体系的热稳定性参数的基础上,可以提出一系列电池热失控特性的改进方法,包括正极改性、负极改性、提升电解液的稳定性、采用热稳定性高的隔膜等,关键在于如何进行组合。这里只展示其中一种方法,对正极材料的形貌优化,将传统三元多晶正极优化为单晶大颗粒结构的三元正极,单晶正极的产氧比多晶正极延后了100℃,热失控最高温度也有所降低。
电池系统的热蔓延与热管理
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