基于18650电池 推导锂离子电池的安全模型

1、 基于18650电池推导锂离子电池的安全模型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iV+Freact+i(0V)+T詡,loss=CpW百p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

2、为比热容，p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-=血沪+內沪+口2沪+眄0+呦其中0为无量纲温度，T为无量纲时间，an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0和an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。/safety(幻

3、二&(旳+1一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。g(x)=/(TLVSOC.SOH,X)鉴于高维函数难以推导，因此我们尝试降低难度，以单一变量推导/safe函数，可以用于判断电池安全性的指标有多种，例如电流、电压、温度等，我们尝试利用容量为1.1Ah的磷酸铁锂18650电池进行相关安全实验推导/safe函数。下面我们将以电流这个变量尝试推导安全函数/与电流之间的函数关系

4、。实验中发现在20C的电流下，磷酸铁锂18650电池是完全安全的，但是当电流达到30C的时候，电池温度开始升高，因此我们可以认为X20C以下的时候，电池是完全安全的，因此安全函数/值为1,30C以上时电池是不安全的，即电流为X=30C时，/值为0.8。根据如下公式进行推导计算fk(xk).0101.52.02.53.03.54.0abuse(xk计A:/+164O.0,州一苹ES4口思Rt?2经过相关计算得出d=20,m=0.0025，因此对于电流这个变量有如下安全函数0C20C20CC110.0025(C-20)2+1可以利用如上方法推导的单个变量的安全函数，当安全函数值小于0.8时电池就处于危险状态了，根据该函数就可以对电池的安全状态进行实时监控。电池对于多个变量的总体安全函数可以定义为如下形式，并根据实际情况确定一个/值，以确保/在该值以上电池是安全的。H3从上面推导过程可以注意到，该方法最重要的点是如何选择一个f=0.8的点，这需要根据具体电池系统对安全性要求的高低进行确定，例如对安全性要求较高的电动汽车领域就需要对f=0.8点选择更加严格，而手机电池就可以适当的放宽一些。该方法将电池安全性指标概念性的描述转变为一个函数，由此可以