退役锂离子动力电池储能系统风冷热管理仿真

为研究退役动力电池储能再利用过程的热管理方法和运行方案,基于退役锂离子动力电池储能系统,设计了风冷热管理的方案和运行策略。建立了舱内退役电池簇的数学物理模型。仿真了不同风量下磷酸铁锂(LFP)电池簇和三元镍钴锰(NCM)电池簇的温度分布,对比分析了有无风冷热管理时电池簇的热行为。结果表明:风冷热管理能满足适宜退役动力电池正常工作时的温度范围;对于磷酸铁锂电池簇和镍钴锰电池簇,增加风冷系统后,簇内电池最大温差可由无风冷时的10 K降低至4 K左右,电池的最大温升由30 K降低至10 K左右。该研究可为退役动力电池储能系统的高效热管理提供借鉴。     

基于局部异常因子的锂离子电池储能系统故障诊断

锂离子电池在过充、高温及外短路等滥用工况下工作会导致火灾等事故的发生。通过对锂离子电池进行早期故障诊断，定位故障的具体位置并及时采取相应措施，可以有效避免故障进一步升级为热失控。为此，基于锂离子电池储能系统的运行数据，采用局部异常因子算法对其进行故障诊断分析。通过计算单日及多日的电压运行数据，确定故障电池的具体位置，分析故障电池的异常情况。研究结果验证了局部异常因子算法应用于锂离子电池储能系统故障诊断的有效性。     

圆柱形锂离子电池模组微通道液冷热模型

针对电动汽车电堆的热管理系统，建立了包含71节18650型锂离子电池的电池模组的微通道液冷热模型。该模型集总处理单电池热过程、电池生热基于实测结果，模型还特别考虑了电池间导热。基于该模型，模拟研究了放电倍率、冷却液入口流速、电池间接触面积以及电池与水冷管外壁接触面积对电池模组热行为的影响。模拟结果证实了该微通道液冷方案对动力电池模组热管理的有效性，并且发现：放电倍率的增加会使电池模组内单电池温度增加、模组内温度一致性变差；增大冷却液流量可以显著降低电池模组的温度，并改善其温度一致性；增大电池间接触面积可略微提升电池模组温度一致性，但对控制其最高温度作用有限；增大电池与液冷管外壁接触面积可显著降低电池模组内电池的最高温度，但会使其温度一致性变差。     

锂离子电池大电流放电过程模拟研究

随着锂离子电池的广泛应用，电池以更大功率、更高倍率运行的需求日益迫切，探索锂离子电池大电流运行时的电-热行为及内部关键参数演化十分必要。建立了锂离子电池的电化学-热（ECT）模型和电池材料的热滥用模型，模拟了方形单层LiCoO₂/C电芯在不同放电电流下的电-热行为，对比分析了电池分别以1C和14C倍率放电时电池内部关键电化学参数的演化过程。结果表明：随着放电电流增加，电池内部积聚的热量会引发材料的放热反应，有引发电池热失控的可能性；大电流放电过程电解液中锂离子浓度、输运电流密度、过电势、电解质电势和固相颗粒表面的锂离子浓度波动较大，在电池内部相关区域形成了明显的浓度差、密度差和电势差。     

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。