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 学位论文 汽车动力电池系统内短路问题研究 |
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张明轩 开通知网号 【摘要】： 随着电动汽车的不断发展和普及,锂离子动力电池的安全性问题愈发凸显。内短路是锂离子动力电池安全性演化过程的关键环节,是解决锂离子动力电池安全性问题的难点之一。在电池应用前的机理研究中,亟需新型内短路模拟实验方法;在电池应用的安全保障中,亟需新型内短路识别方法。本文围绕内短路模拟实验方法和内短路识别方法,展开了研究工作。提出了记忆合金内短路触发方法,能够以点接触的形式可控地触发各种类型的电池内短路;发现了内短路熔断现象,提出了内短路熔断全过程假说,揭示了内短路的发展演化规律;提出了基于参数效应和消耗效应的内短路识别方法,实现了对串联电池组中初期内短路的在线识别;提出了基于电路拓扑结构的内短路识别方法,攻克了并联电池组中内短路识别的难题,并大幅提高了识别初期内短路的效率。首先,基于形状记忆合金的形状记忆效应,提出了记忆合金内短路触发方法,能够以点接触的形式可控地触发各种类型的电池内短路,实验重复性高,实验电池制作安全简单。使用该方法,对最危险的铝-负极内短路和最常见的正极-负极内短路进行了实验研究。与针刺实验相比,记忆合金内短路触发方法具有更高的重复性和可靠性。其次,通过对锂枝晶熔断现象的研究,发现了内短路熔断现象。提出了内短路熔断全过程假说,揭示了内短路熔断现象的加热-熔化、离子放电和内爆三个阶段。通过铝-铜内短路实验,对内短路熔断现象进行了验证,对内短路熔断全过程假说进行了检验。搭建了铝-铜内短路熔断轴对称局部模型,对内短路熔断现象及其影响因素进行了仿真研究。围绕内短路熔断现象,提出了新内短路发展演化框架,揭示了内短路的发展演化规律。再次,发现了内短路的参数效应和消耗效应,揭示了内短路电池的电特征表现。进而建立了内短路特征参量的显著性判据,提出了适用于串联电路的内短路识别方法,实现了对串联电池组中初期内短路的在线识别。最后,提出了对称环形电路拓扑结构,并基于此建立了适用于并联电路的内短路识别方法,攻克了并联电池组中内短路识别的难题,实现了对内短路阻值的准确估计,并将识别初期内短路的速度从目前的天、小时提高到了秒的数量级。研究成果为宝马集团提供了技术指导;戴姆勒集团购买了研究成果的多项发明专利和软件著作权许可。 【学位授予单位】：清华大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2018 |
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