姜久春-基于压力的电池状态估计和安全预警方法研究(1).pdf

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1、姜久春 北京理工大学深圳汽车研究院湖北工业大学2024 年 4 月 25 日2提纲二力学价值一研究背景及意义三研究目标及研究进展四薄膜应力传感器电池的问题目前猝死电池仍然找不到有效的办法来进行预警，电池的SOC和SOH尚未得到彻底解决；01压力的问题锂离子的脱嵌过程导致电极材料的体积变化，电流密度和温度分布不均匀引起的不均匀应力分布。02压力检测的重要性增加对电池应力变化的监测，有可能提高电池的性能和可靠性。03研究背景及意义锂离子电池压力测量的意义p 随着锂离子电池充放电循环进行，微观原子晶格体积膨胀导致电极颗粒和随着锂离子电池充放电循环进行，微观原子晶格体积膨胀导致电极颗粒和SEI膜机械断

2、裂，膜机械断裂，引起不可逆的容量损失和内部结构失效，增加了电池发生热失控的安全隐患。引起不可逆的容量损失和内部结构失效，增加了电池发生热失控的安全隐患。电极颗粒电极颗粒(m)模组模组单体电池膨胀单体电池膨胀原子原子()GraphiteNCM电池模组膨胀电池模组膨胀SEI 膜破裂膜破裂电极电极(mm)容量加速衰退容量加速衰退电动汽车起火电动汽车起火亟需对机械应力下锂离子电池性能进行系统性研究研究背景及意义5提纲二力学价值一研究背景及意义三研究目标及研究进展四薄膜应力传感器力学价值电池充电电压特性与力学的恢复特性电池形变不可逆形变可逆形变电池循环充放电 不可逆的机械松弛，与锂化相关的可逆压力变化，

3、与容量退化相关的不可逆压力增长。a)OCV 测试期间以 10%SoC 步长在不同电流速率下进行的压力测量，从中计算 b)中的放电和 c)中的充电的相对压力松弛不同电流速率下压力变化 麦克斯韦粘弹性模型不同SOC对电池锂化诱导可逆压力行为的影响。通过不同SOC下OCV和应力的对应关系电池整个生命周期内的特征压力行为力学价值循环次数膨胀力和容量下降的关系来源：Reliability-based design optimization of a pouch battery module using Gaussian process modeling in the presence of cell s

4、welling|SpringerLink力学价值猝死电池，SOH，力迅速增长与容量跳水压力测量被用于检测受约束的锂离子软包电池的不可逆体积膨胀。发现不可逆的压力增长与由于锂储存减少而导致的SEI（固体电解质界面）增长的容量衰减成反比。Ref：Louli,A.J.,Ellis,L.D.,&Dahn,J.R.(2019).Operando pressure measurements reveal solid electrolyte interphase growth to rank li-ion cell performance.Joule,3(3),745-761.n压力测量：揭示了锂离子软包电

5、池在充放电循环过程中的可逆和不可逆体积膨胀，可以实时监测电池内部的压力变化。n可逆压力演变：电池在充电和放电过程中经历电极材料的净膨胀和收缩，导致了可逆的压力演变。n不可逆压力增长：循环次数增加，电池经历了不可逆压力增长。揭示了不可逆的压力增长与电池性能的下降有关。n容量和极化增长：这表明不可逆压力的变化可以作为评估电池性能的指标之一。力学价值电池预紧力的影响n 电池预紧力与电池极化程度相关n 电池预紧力与充电过程中电池膨胀力变化速率相关n 电池预紧力会对电池容量衰减产生影响，电池容量的保持需要合适的预紧力不同预紧力下的电池放电膨胀力预紧力越大，膨胀力变化速率越大不同预紧力下的电池容量衰减实验

6、样本：10Ah，LFP软包电池实验样本：10mAh，NMC软包电池合适的预紧力可降低容量衰减（Mussa,Abdilbari Shifa,et a1.Journal of Power Sources 385:1826.）实验样本：14Ah，LFP软包电池实验工况：25温度，0.5C倍率实验工况：25温度，1C倍率实验工况：25温度，1C倍率预紧力为0.02MPa时电池极化最小。不同预紧力下的电池充放电曲线（Zhang,Zhiyuan,et a1.Energy&Fuels,37(13):971321.）（实验室实测）力学价值力学与析理的分析基于恒位移压力（应力）的析锂特征分析实验工况：温度：25