锂硫电池放电过程的热模拟CSCD

目前已经实用化的各种电池基本都存在与热相关的安全问题,同样在锂硫电池中也有类似的问题。热模拟的方法可以预测电池在各种工作条件下的温度分布,从而有助于电池的性能优化及结构设计。本文采用热模拟的方法对锂硫电池进行研究,预测锂硫电池工作过程中的温度变化。通过测量锂硫电池在不同温度、不同放电深度下放电过程中的开路电压和工作电压,对锂硫电池的热生成速率进行计算,再利用有限元软件COMSOL Multiphysics对电池在不同环境温度及不同放电速率条件下的温度变化进行了瞬态模拟。通过模拟计算可以得到,在放电过程中,电池内温度先降低后升高;化学反应的可逆熵变产生的热量对温度的变化起主要作用,而不可逆变化产生的热量作用相对较小。     

锂离子电容器自放电检测方法研究

自放电是锂离子电容器的一项重要性能指标.基于电化学理论并从实际应用角度出发,本工作研究了锂离子电容器单体在3.8 V和3 V时的电压保持能力(K值),实验发现:锂离子电容器单体在3.8 V时的K值介于0.0037～0.0102 V/d,3 V时的K值介于-0.0003～0.0007 V/d;采用3.8 V时的K值可以更...     

18650三元锂离子电池的放电热特性

通过某18650型NCM锂离子电池在恒温箱温度为40℃、25℃时的0.5 C、1 C、2 C放电倍率实验与0℃、-25℃时0.5 C倍率的放电实验,得到不同温度与放电倍率下电池的电压与温度曲线,并验证电化学-热耦合模型的可靠性,在25℃时模型精确度最高,电压误差为0.07 V,温度误差为0.8℃,-25℃时精确度最低,电压误差为0.6 V,温度误差为1.5℃.借助模型进行25℃时电池的电极产热分析,并模拟25℃温度条件下2 C放电时的温度场分布,放电结束时电池正负极极耳处温度最高,具体数值为34.8℃,与气流正对的电池表面的温度最低,数值为34℃,在气流后侧距电池中心50 mm处的模型边界处受电池产热与气流的影响温度上升4℃.     

模拟仿真在锂离子电池热安全设计中的应用北大核心CSCD

随着锂离子电池的广泛使用,锂离子电池热安全问题日益突出。相比于成本高、破坏性大的实验方法,建模仿真因其经济、安全、快速等优势成为锂离子电池热安全研究的重要手段。本文从微观建模、单电池建模以及电池组建模三个尺度对最新的锂离子电池模型及其在热安全设计中的应用进行了综述。着重介绍了锂枝晶的生长调控和电解液的安全设计方面的模拟仿真、单电池模型与热方程耦合的应用以及锂离子电池组热模型在优化电池热管理系统方面的研究。最后总结了现有的锂离子电池热模型存在的缺陷,并对锂离子电池热模型未来的研究方法做出了展望。     

石墨烯在锂离子电容器中的应用研究进展CSCD

锂离子电容器结合了锂离子电池和超级电容器的储能机理,综合了两者各自的优良性能,具有能量密度大、功率密度高、循环寿命长和安全性能好等优点,是目前电化学储能领域的研究热点。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,具高比表面积、高导电性、高容量以及物理化学性质稳定等优点,被认为是下一代高性能锂离子电容器的理想电极材料。本文综述了石墨烯在锂离子电容器中的应用,介绍了其作为锂离子电容器正极与负极材料的电化学性能及优缺点,进一步阐明了石墨烯的比表面积、电导率及微观形貌等因素对其电化学性能的影响。此外,还介绍了元素掺杂石墨烯与石墨烯复合材料等改性手段,分析了石墨烯中的杂原子对其电负性、片层结构、活性位点及电化学性能的影响,并且分类总结了近期较为常见的几种石墨烯复合电极材料,进一步说明了改性石墨烯在锂离子电容器中的应用与进展,并在最后对石墨烯基锂离子电容器的发展前景进行了展望。     

锂离子电池热性能的研究

良好的热管理系统是锂离子电池安全及高效使用的保证,电池热管理需要确保电池在安全温度范围内且电池组内最大温差不超过5℃。文中运用UDF建立生热速率随放电时间变化的内热源模型,研究单体电池及电池组在不同工况条件下电池的热性能及小通道对锂电池热管理系统的冷却性能。电池侧以电池组的最高温度、最大温差以及不均匀度反映小通道对电池组热性能的影响。小通道侧运用努塞尔数反映小通道的对流传热特性。模拟结果显示,锂离子电池的放电速率越大,电池内部温度升的越快,电池所处的环境对电池热性能影响较大。同时,小通道中冷却流体的流速和种类对锂离子电池的最高温度、最大温差以及不均匀度影响显著。     

电极结构对锂离子电容器电性能的影响

分别采用干法和湿法涂布工艺制备出活性炭正极和石墨负极,制作成066090型软包锂离子电容器(LIC)单体.采用恒流充放电嵌锂法对负极进行预锂化,理论嵌锂深度为85％.通过扫描电子显微镜(SEM)、剥离强度、电性能测试等表征方法,分析了干法和湿法涂布工艺对电极结构和形貌、黏结性能及电性能的影响.阐述了电极结构对软包LIC容量、内阻、耐久性、循环性能和低温性能的影响.结果表明,干法电极内有充分的黏结剂纤维结构,碳颗粒的接触紧密.干法电极的体积密度相比湿法涂布电极提高了8％以上,其剥离强度比湿法电极高50％以上.正极面密度/负极面密度为1时,在2.2～3.8 V的电压区间内,用干法电极组装的软包LIC的初始容量和内阻分别为645 F和25.5 mΩ,均高于用湿法电极组装的同类产品.用干法电极组装的软包LIC经1000 h耐久性测试后容量保持97％以上,经10万次循环充放电后容量保持88％,在-30℃下容量保持76％,均优于用湿法电极组装的同类产品.     

锂离子电池热失控仿真研究进展

锂离子电池作为常见的储能和动力装置在生产生活中得到了广泛应用,但其在滥用条件下会引发热失控,对其安全性的研究很有必要.热失控仿真因其独有的优势,成为研究锂离子电池热失控的重要手段.本文通过对近期文献的研究,从热失控仿真、热蔓延仿真以及热失控仿真的应用三个方面对热失控仿真的研究现状进行了总结.着重介绍了不同诱因(热滥用、机械滥用和电滥用)导致热失控的产热机理和仿真方法,电池组内热蔓延仿真的研究现状和如何抑制热蔓延以及对热失控预测方法的研究.当前的热失控模型已经具有较好的精确度,可以模拟出电池发生热失控时主要的放热副反应,但电池内部十分复杂,混合了化学反应和物理变化,相关参数难以测量和计算,因此锂离子电池热失控仿真还需进一步研究.     

基于风冷的锂离子电池充放电设备热特性影响研究

针对锂离子电池充放电设备内电池组温升过高、温度一致性不好的问题,以风冷系统充放电设备为研究对象,基于数值传热学理论,建立热力学计算模型并结合测试验证。通过抽象充放电设备散热特征,提取了两个影响电池组热特性的主要因素。针对不同托盘通风结构及不同风机布局分别设计了研究方案,并分析了不同托盘通风孔、不同托盘环形风口、不同风机位置及不同风机数量对电池组热特性及充放电设备流场的影响。结果表明：充放电设备放电温升测试数据与仿真数据接近,说明热力学模型准确;托盘通风孔对电池组热特性有一定积极影响,但作用有限;托盘环形风口通过提升电池表面湍动能强度,增强电池表面对流换热效果,从而对电池组热特性起关键作用;风机位置正对电池时,电池组具备更好的换热效果;风机数量与电池组热特性呈正相关关系,当风机数量为6时,既能满足电池组热特性,又能提高系统能耗。研究结果可为锂离子电池充放电设备的热特性管理提供一定的指导。     

锂离子电池热安全防控技术的研究进展

在众多储能技术中,锂离子电池以其能量密度大、能量转换效率高、循环寿命长、应用范围广、对环境友好等优势,成为当前最具应用前景的电力系统电池储能技术之一。但现有锂离子电池体系无法从本质上保证其安全性,在使用过程中具有发生热失控乃至燃烧、爆炸等安全事故的风险。本文就锂离子电池的热失控机理、电池本体的安全设计、安全预警、电池组热失控起火的阻燃装置以及消防安全的研究进展进行了综述。     

三元软包锂离子电池放电过程扩散诱导应力与热应力对比研究

为了明晰锂离子电池在放电过程中产生的扩散诱导应力和热应力对电池的影响,使用Comsol Multiphysics 6.0建立了18.5 Ah软包NCM111锂离子电池的电化学-力-热耦合模型,基于该模型对不同放电倍率下电池的负极颗粒中心表面锂浓度差、扩散诱导应力、热应力及膨胀行为进行了仿真分析。扩散诱导应力可通过一维电化学模型及其衍生的颗粒维度进行仿真分析,而热应力则需要通过三维固体力学和传热模型进行仿真。研究结果表明,随着放电倍率的增加,电池产生的扩散诱导应力和热应力都会增大,因此,低放电倍率有助于降低电池产生的应力。负极颗粒产生的扩散诱导应力与颗粒中心表面锂浓度差相关,颗粒中心与表面的锂浓度差随着放电过程的进行逐渐增大。将一维模型中的负极视为由无数负极颗粒组成的线段,放电前期,靠近隔膜端的颗粒中心与表面锂浓度差高于集流体端,放电后期则相反,这个变化发生的转折点在放电深度为60%～70%之间。这也意味着放电前期隔膜端的负极颗粒产生的扩散诱导应力大于集流体端的负极颗粒,也更容易破裂,而放电后期则相反。负极颗粒产生的扩散诱导应力大小为兆帕级,远高于电芯产生的大小为千帕级的热应力。同时,电...     

圆柱形锂离子电池热管理实验研究

保持合适的运行温度是锂离子电池高效、安全、长寿命的保证,因而对其进行有效的热管理是非常有必要的。本文针对圆柱形锂离子电池,设计了嵌套电池表面的方形金属外壳,以强化电池散热和单体电池间传热。对比自然对流条件下电池单体加壳和无壳时不同放电倍率的温升情况、多个电池并联的温升情况,以及不同通风功率下多个电池并联时嵌套不同外壳的温升情况,发现加壳可以有效促进电池（组）散热。另外,设计了电池组内不同单体电池出现放电不均衡情况,以检验嵌套外壳对减小电池组内单体电池间温差的效果,结果表明,自然对流条件下,加壳后单体电池间最大温差可以降低10℃以上。     

锂离子电池热管理和安全性研究

温度是影响锂离子电池性能、寿命和安全性的重要因素,电池热管理系统能使电池的工作温度维持在适宜范围,保障电池安全、高效和长寿命使用。因此,电池热管理系统对动力和储能设备在不同工况和环境下的运行至关重要。本文介绍了锂离子电池热模型的发展和应用,对热管理和安全性的研究进行了归纳;总结了本课题组的相关工作进展;在此基础上,指出了锂离子电池热管理和安全性进一步的研究方向。     

锂离子电池/超级电容器混合储能系统能量管理方法综述

锂离子电池/超级电容器混合储能系统因其良好的性能、较低的成本和较强的通用性,已成为应用最为广泛的混合储能系统。能量管理技术是混合储能系统的核心技术之一,也是当前主要的研究热点。为了系统地对混合储能系统能量管理方法进行综述,本文首先对锂离子电池/超级电容器混合储能系统的拓扑结构、能量管理架构以及功率分配控制进行了介绍;而后,本文将现有的混合储能系统能量管理方法分为基于经验、基于优化、基于工况模式识别和基于机器学习5大类并进行了详细的对比分析,重点针对规律性工况与随机性工况讨论了各类能量管理方法的效能,并分析了各类方法的鲁棒性与计算复杂度;最后,本文对现有的能量管理方法进行了总结,并对该领域未来的研究方向和发展趋势进行了展望。综合分析表明,提高对随机性负载未来工况的预测精度、建立更加精准的混合储能系统模型并通过云端协同进一步提升能量管理方法的实时性将是未来混合储能系统能量管理研究的重点。     

电动汽车用软包动力锂电池热-结构耦合分析

建立了方形锂电池瞬态产热模型,将软包锂电池简化为各向异性的叠层式复合材料,确定了模型中的热物性参数和力学参数;使用ANSYS软件,利用顺序热-结构耦合方式,模拟了电池瞬态温度场和热应力场分布。研究结果表明,电池中心区域温度较高,且受压应力,侧边温度较低,且受拉应力;电池各边出现应力集中,且最大Mises应力随放电电流增大而增大,随环境温度升高而减小;最大形变发生在电池高度方向两端,且随放电电流增大和环境温度升高而增大。     

车用锂离子电池液冷式热管理系统实验研究

锂离子电池组的热管理对电动汽车的性能和安全性具有重要意义。基于多通道蛇形波纹管液冷式热管理系统,以200个18650型锂离子电池组为热管理对象,对电池在各种充放电倍率下所需的冷却液流量、泵功消耗以及热管理收益进行了实验研究。结果表明,热管理系统对动力电池在各种充放电应用条件下都具有较好的热管理效果,电池最大温度和最大温差基本可控制在40℃以下和5℃以内。提高冷却水流速对系统热管理能力的提升具有一定的效果,但是随着流速增大,热管理能力提升的边际效益也更趋明显;而系统运行所消耗的泵功增加导致了热管理收益随冷却水流速增加而大幅降低。从电池的性能安全以及热管理有效性的角度综合考虑,各充放电倍率下热管理系统的冷却水流速都是以保证电池安全和性能指标的最低流速为优。