锂离子电池组热失控蔓延热传递机制的影响研究*

魏钟原 袁威 李子建 张培红

(东北大学资源与土木工程学院安全工程系 沈阳 110819)

0 引言

近年来，国内外已发生多起锂离子动力电池组热失控引起的新能源电动汽车火灾事故，造成了严重的人员伤亡和财产损失。虽然新能源汽车公司采取了液冷技术等锂离子动力电池热失控防护措施，但由于过充、过放、撞击、浸水、过热等原因引发的新能源电动汽车火灾事故仍时有发生[1]。本文选择荷电状态(SOC)为100%的镍钴锰(NCM523)三元锂离子动力电池组作为研究对象，通过改变环境通风速度，调整电池组底部外加热源的热流量和加热时间，利用多物理场仿真软件COMSOL，分析热滥用情况下不同风速通风环境和不同电池数量电池组热失控的热传递机制。

1 热滥用锂离子电池组热传递模式

高温暴晒或接触到火源等是实际应用中电池组工作或储存常见的热滥用情况。受初始环境温度和通风情况等边界条件，以及电池组电池数量及排列布置方式等因素影响，锂离子电池组内部热传导及其和外部环境的对流换热和辐射换热过程导致电池组热失控触发及蔓延机制发生变化。锂离子电池组和周围环境的热交换过程如图1和式(1)所示。

图1 锂电池热交换过程

(1)

式中，m为电池组质量；cp为定压比热；dT/dt为电池组平均温度的升高速率；Qenv为锂离子电池组与外部环境的换热率的净值；Qin为锂离子电池工作时内部的总产热率。

锂离子电池组与外部环境的换热率的净值Qenv等……