【摘 要】
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本文通过对锂离子电池热失控过程的产热情况进行建模仿真,定量分析了热失控过程中锂电池自身产热和热解气体燃烧对锂电池热失控传递的影响,为锂离子电池航空运输安全性分析提供理论基础。以100%荷电状态的18650型锂离子电池为研究对象,首先基于火焰高度估算热解气体燃烧热释放速率,建立了受限空间内锂离子电池热解气体燃烧的产热模型,模拟受限空间内热解气体燃烧导致的环境温度变化并进行验证。其次以阿伦尼乌斯公式为
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本文通过对锂离子电池热失控过程的产热情况进行建模仿真,定量分析了热失控过程中锂电池自身产热和热解气体燃烧对锂电池热失控传递的影响,为锂离子电池航空运输安全性分析提供理论基础。以100%荷电状态的18650型锂离子电池为研究对象,首先基于火焰高度估算热解气体燃烧热释放速率,建立了受限空间内锂离子电池热解气体燃烧的产热模型,模拟受限空间内热解气体燃烧导致的环境温度变化并进行验证。其次以阿伦尼乌斯公式为依据,计算了锂离子电池出现热失控现象时,电池内的化学反应速率及产生的热量,建立发生热失控时的电池内部产热模型,并使用Fluent软件进行仿真分析。最后结合前两部分的内容,模拟了受限空间内锂离子电池热失控的传递过程,并对导致第二节电池发生热失控的能量进行定量分析。研究结论如下:（1）热解气体燃烧火焰高度最大值为136.125 mm,热释放速率峰值为335.67 W,释放能量约为1564.42 J。加热功率对锂离子电池热失控热解气体燃烧热释放速率的影响可以忽略。仿真得锂离子电池热失控热解气体燃烧造成环境温度升高254.74K。仿真结果与实验数据基本吻合,验证了受限空间内锂离子电池热解气体燃烧产热模型的可靠性。（2）锂离子电池热失控内部产热仿真所得温度变化规律与实验一致,仿真所得当发生热失控现象时,锂离子电池的温度为500.53 K,实验测量温度为470.85 K。仿真所得在热失控过程中,电池平均温度的最高值为865.93K,电池表面温度最高值为854.9K,实验测量最高温度为919.5 K,误差在可接受范围内,验证了基于阿伦尼乌斯公式建立的锂离子电池热失控内部产热模型的可靠性。在达到热失控温度之前,正极分解提供了大量的热,电池达到热失控温度后,造成温度上升的主要原因是粘结剂分解和电解液分解。（3）锂离子电池热失控传递仿真结果与实验数据一致,证明了所建模型是可靠的。截止到第二节电池发生热失控,第二节电池发生热失控时的总能量为8429.21 J,接受外界能量占总能量的69.99%,为造成温度升高的主要能量来源。当第二节电池达到热失控最高温度时,总能量为27044.25 J,电池内部副反应产热占总能量的87.39%,是主要的能量来源。气体燃烧为第二节电池热失控提供的能量为475.81 J,气体燃烧传递效率为30.41%,虽然加速了第二节电池的热失控进程,但是提供的能量所占比例较小。
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