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基于18650电池 推导锂离子电池的安全模型

导读: 今天我们带大家了解一下安全模型的应用方法,并以18650电池的安全实验数据为依据,推导锂离子电池的安全模型。

  在上篇中我们介绍了几种锂离子电池安全模型(戳此查看),今天我们带大家了解一下安全模型的应用方法,并以18650电池的安全实验数据为依据,推导锂离子电池的安全模型。

  锂离子电池的热失控和爆炸是锂离子电池使用中最危险的情况,为了能准确的描述锂离子电池的风险状况,Wang等根据灾难理论分析了锂离子电池热失控和爆炸风险发生的可能性,首先他们分析了锂离子电池产热过程

  其中i和V为电池两极输出电压和电流,Ereact为电池内部材料和SEI膜分解产生的总热量,Vo为平衡电势,T为绝对温度,Eloss为通过热传导和热辐射的散热速率,右边则表示电池总的加热速率,其中C为比热容,ρ质量密度,W为总体积,t为时间。根据该公式可以推导出如下公式

  其中θ为无量纲温度,Τ为无量纲时间,αn为考虑到不同的分解反应的活化能和产热的参数。基于该公式可以对圆柱型锂离子电池的热失控过程进行描述,描述过程是基于三个变量U、V、W,而这几个变量又是基于θ和αn两个值。

  由于电池的安全性与电池滥用是负相关的,因此有如下关系

  可以将安全函数计算公式设为如下模式,其中g(x)为滥用函数,当g(x)趋向无穷大的时候,安全函数趋向0,表明电池极度不安全,而滥用函数g(x)为0的时候,电池完全没有滥用,因此电池安全函数值为1,表明电池是完全安全的。

  一般我们可以设安全函数阀值为0.8,当安全函数值小于0.8时,就可以判定电池处于危险状态。该公式应用的关键是找到一个合适的滥用判断函数,滥用函数要包含多种与电池状态相关的变量,例如电池的使用温度T,输出电流I,电压V,荷电状态SOC,以及电池健康状态SOH等参数。

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