基于18650電池 推導鋰離子電池的安全模型

1、 基于18650電池推導鋰離子電池的安全模型今天我們帶大家了解一下安全模型的應用方法，并以18650電池的安全實驗數據為依據，推導鋰離子電池的安全模型。鋰離子電池的熱失控和爆炸是鋰離子電池使用中最危險的情況，為了能準確的描述鋰離子電池的風險狀況，Wang等根據災難理論分析了鋰離子電池熱失控和爆炸風險發(fā)生的可能性，首先他們分析了鋰離子電池產熱過程iV+Freact+i(0V)+T詡,loss=CpW百p其中i和V為電池兩極輸出電壓和電流，Ereact為電池內部材料和SEI膜分解產生的總熱量，Vo為平衡電勢，T為絕對溫度，Eloss為通過熱傳導和熱輻射的散熱速率，右邊則表示電池總的加熱速率，其中C

2、為比熱容，p質量密度，W為總體積，t為時間。根據該公式可以推導出如下公式-=血滬+內滬+口2滬+眄0+呦其中0為無量綱溫度，T為無量綱時間，an為考慮到不同的分解反應的活化能和產熱的參數。基于該公式可以對圓柱型鋰離子電池的熱失控過程進行描述，描述過程是基于三個變量U、V、W，而這幾個變量又是基于0和an兩個值。由于電池的安全性與電池濫用是負相關的，因此有如下關系可以將安全函數計算公式設為如下模式，其中g(x)為濫用函數，當g(x)趨向無窮大的時候，安全函數趨向0,表明電池極度不安全，而濫用函數g(x)為0的時候，電池完全沒有濫用，因此電池安全函數值為1,表明電池是完全安全的。/safety(幻

3、二&(旳+1一般我們可以設安全函數閥值為0.8，當安全函數值小于0.8時，就可以判定電池處于危險狀態(tài)。該公式應用的關鍵是找到一個合適的濫用判斷函數，濫用函數要包含多種與電池狀態(tài)相關的變量，例如電池的使用溫度T,輸出電流I,電壓V,荷電狀態(tài)SOC，以及電池健康狀態(tài)SOH等參數。g(x)=/(TLVSOC.SOH,X)鑒于高維函數難以推導，因此我們嘗試降低難度，以單一變量推導/safe函數，可以用于判斷電池安全性的指標有多種，例如電流、電壓、溫度等，我們嘗試利用容量為1.1Ah的磷酸鐵鋰18650電池進行相關安全實驗推導/safe函數。下面我們將以電流這個變量嘗試推導安全函數/與電流之間的函數關系

4、。實驗中發(fā)現在20C的電流下，磷酸鐵鋰18650電池是完全安全的，但是當電流達到30C的時候，電池溫度開始升高，因此我們可以認為X20C以下的時候，電池是完全安全的，因此安全函數/值為1,30C以上時電池是不安全的，即電流為X=30C時，/值為0.8。根據如下公式進行推導計算fk(xk).0101.52.02.53.03.54.0abuse(xk計A:/+164O.0,州一蘋ES4口思Rt?2經過相關計算得出d=20,m=0.0025，因此對于電流這個變量有如下安全函數0C20C20CC110.0025(C-20)2+1可以利用如上方法推導的單個變量的安全函數，當安全函數值小于0.8時電池就處于危險狀態(tài)了，根據該函數就可以對電池的安全狀態(tài)進行實時監(jiān)控。電池對于多個變量的總體安全函數可以定義為如下形式，并根據實際情況確定一個/值，以確保/在該值以上電池是安全的。H3從上面推導過程可以注意到，該方法最重要的點是如何選擇一個f=0.8的點，這需要根據具體電池系統對安全性要求的高低進行確定，例如對安全性要求較高的電動汽車領域就需要對f=0.8點選擇更加嚴格，而手機電池就可以適當的放寬一些。該方法將電池安全性指標概念性的描述轉變?yōu)橐粋€函數，由此可以