锂离子电池热失控造成的新能源汽车起火问题已是行业发展的痛点,严重地威胁着人民的生命和财产安全,已经成为了制约新能源汽车发展的瓶颈性问题,并阻碍了新能源汽车的大规模应用和推广。本文以三元锂离子动力电池为研究对象,考虑了锂离子电池热失控时内部的反应机理及产热,建立了外部热滥用下锂离子电池热失控模型和电滥用下锂离子电池热失控模型,并把温度作为耦合要素,建立了锂离子电池热-电滥用热失控模型,分析了不同参数对锂离子电池热特性参数和电化学参数的影响,揭示锂离子电池在不同滥用情况下的热失控特性和发展规律。(1)介绍了锂离子电池的工作原理,从传热的角度说明了锂离子电池产热与传热的机理,分析了锂离子电池热失控的触发因素,并创新性地把引起锂离子电池热失控的诱因分为瞬态突变和量质积累两种情况;说明了锂离子电池副反应的产物,重点说明了外部热源滥用下触发锂离子电池热失控的特性,阐述了不同副反应的化学动力学模型。(2)建立了锂离子电池三维分层的物理模型,然后分别通过热滥用和电滥用对其进行触发热失控,分析其热失控特性和发展过程。在分析热滥用时,对锂离子电池在热滥用下的边界条件作了简化,分析了热源温度、热源位置和散热系数对锂离子电池热失控特性的影响规律,同时分析了电池总体温度、隔膜温度场分布;在分析电滥用时,对锂离子电池在电滥用下的边界条件作了简化,分析了充电倍率及是否过充的影响规律,同时分析了电池总体温度、内阻和总热量的变化情况。(3)进行了热-电滥用下的锂离子电池热失控特性研究。通过研究热失控热-电耦合滥用机制,将温度作为热场和电化学场耦合的要素,建立了锂离子电池热-电滥用模型。通过比较锂离子电池热源位置、充放电倍率,分析了不同充电倍率、不同热源位置、是否过充对锂离子电池内部参数变化和热失控特性的影响。(4)开展实验验证所建立的热-电滥用模型,通过热-电滥用下的锂离子电池温度比较,证明所建立模型的精度满足要求;同时制定了热失控特征参数的监测方案,通过烟雾-气体-温度多参数融合的手段实现对锂离子电池热安全状态的实时监测;制定了预警和灭火策略,并开展动力电池系统自动灭火装置样机研制,并开展灭火实验验证开发的自动灭火装置。