基于正交试验的锂离子电池热失控仿真北大核心CSCD

锂离子电池热失控是由多种因素耦合而导致的结果,得到影响锂离子电池热失控影响因素的重要性程度对于提高电池安全性具有极大意义。对此,针对针刺导致的锂离子电池热失控,利用COMSOL软件仿真分析了不同针刺位置、速度、直径、SOC(state of charge)对锂离子电池单体针刺热失控影响,得到对单体电池热失控影响的重要因素。基于单体针刺热失控仿真结果,以4个锂离子电池单体组成的模组为研究对象,利用单因素仿真试验分析不同钢针直径R、电池SOC以及针刺电池个数N对电池模组热扩散影响;基于此,本文分析了针刺电池个数N、钢针直径R及电池SOC耦合作用热失控的正交试验。结果表明:相对于针刺位置、针刺速度对电池单体热失控影响,电池SOC和针刺直径R对电池单体热失控影响较为显著,且针刺直径R越小,单体电池热失控越剧烈;电池SOC越大,热失控时电池温度分布越不均匀;针刺直径R越大,模组热扩散需要时间越长;当SOC在100%~85%范围内时,模组内各电池单体的热失控最高温度变化较为明显;针刺电池个数N越大,模组热失控越剧烈,但位于模组中间位置的电池热失控最高温度有所降低。针刺电池个数N、SOC、针刺直径R对电池模组热失控温度和扩散时间的影响程度主次顺序为:N>R>SOC*R>SOC*N>N*R>SOC,其中,针刺电池个数N对电池模组热扩散影响最显著,且不同因素间的交互作用不容忽视。本工作为提高电池的安全性及电池设计提供了参考依据。     

车用电池模组热蔓延防护结构的数值仿真研究

本文通过数值仿真研究了一种抑制方形电池模组热失控蔓延的防护结构.针对车用50 A·h方形三元锂离子电池,基于锂离子电池电极材料与电解液副反应机理建立单体电池热失控模型.通过与已有研究结果进行对比验证,表明所建立的热失控模型具有较高的精度.基于验证后的单体电池热失控模型,建立了加装导热套筒的电池模组热防护结构.导热套筒底...     

流动风阻网格模型与热仿真设计方法优化动力电池模组结构的研究

风冷系统因结构简单、成本低等特点,在热管理系统中占据重要地位。目前常规的风冷热管理设计方法存在重复性工作多、设计时间长的缺点。本文提出空气流动风阻网格模型结合热力学模型仿真的设计方法,先采用空气流动风阻网格模型获得优化的电池结构,再采用热力学模型进行仿真求解,获得优化的电池模组的流场和温度场分布特性。仿真结果验证了优化结构的准确性。优化结果表明,“C”字形结构更有利于提升模组内单体电池冷却效果的一致性,并且优化后的“C”字形结构进一步提升了电池模组内单体电池温度场的一致性。此外,计算结果发现模组内空气流动方向为上进下出时可进一步降低模组内单体电池的最高温度,提升单体电池温度场的一致性。     

石墨-石蜡复合相变材料的圆柱型动力电池组热管理性能

本工作以21700容量型NCM811锂离子动力电池为研究对象,设计了正六边形布置的电池模组,外覆圆柱型石墨-石蜡复合相变材料的结构.利用数值模拟方法探究了不同恒定倍率放电,以及相邻两电池不同间距对模组热特性的影响.结果表明,对于不同倍率,相邻电池间距对电池模组高倍率放电过程中的温度影响要远大于低倍率放电过程,而对于相同倍率,小间距模组从放电开始至结束的温升要高于中间距和大间距模组.电池温度的变化相对于热流量在时间上有一定滞后,通过监测热流量的数值,能够对电池热管理的失效做出提前预知,提高电池组的安全性.     

储能锂电池模组温度场数值计算与散热系统优化设计

储能电池热失控是引发储能电站事故的主要因素之一,储能电池的热管理对电池使用效率、寿命以及运行安全具有重要意义。本文设计了以60系列大圆柱电池单体为基本单元、额定电量为11.52 kWh的储能电池模组,基于有限元方法建立了电池模组热流耦合数值计算模型,分析电池模组内部风道空气流速以及电池组温度场分布规律,并开展储能电池模组原型充放电温升试验,验证数值计算结果的准确性。进一步优化储能电池模组的温度场分布,通过调整散热孔排布方式对电池模组进行了优化设计,提出一种侧面U形开孔结构,储能电池模组的温度一致性和电芯最大温度得到了显著改善。优化后,模组电芯最大温差降低2.6℃,温度标准偏差降低1.18,研究结论可为储能电池模组温升计算与散热设计提供参考。     

磷酸铁锂离子电池模组热失控气体扩散仿真

为研究磷酸铁锂离子电池在泄压阀打开之后,释放的气体在模组中扩散行为,本文基于实际100％SOC磷酸铁锂离子电池模组尺寸建立1:1几何模型,模拟电池模组内部电池发生热失控、泄压阀打开及释放气体的扩散行为;通过FDS软件对其进行仿真研究,分析磷酸铁锂离子电池在热失控时释放H2、CO、CH4和CO2气体的扩散规律.研究结果表...     

锂离子电池模组热失控传播的结构因素影响分析

为优化锂离子电池模组的结构设计,通过热失控数值分析,结合COMSOL MULTIPHYSICS软件搭建了圆柱电池模组的三维热失控传播模型,研究不同排列结构和电池间隙下的热失控传播特性。结果表明：插排结构能有效降低热失控传播速率;增加模组中电池间隙,电池的热失控触发时间后移;在模组热失控后期,扩散速率加快。     

基于大平板热管的电池热管理实验及仿真

热特性是影响锂离子电池性能的主要因素之一,当电池以较高倍率进行充放电时,热量聚集使温度迅速上升,影响电池性能,甚至会产生燃烧或爆炸.本工作搭建了一种基于大平板热管的高效高均温性电池散热模型.电池组置于大平板热管上,底部辅以风冷散热,在不同工况下对电池表面平均温度及最大温差进行数值计算,并通过实验验证了热管理模型准确性.结果表明,当环境温度为20℃、冷却风速为5 m/s、以1 C放电至截止电压时,电池组平均温度为38℃,最大温差为1.9℃;在大平板热管散热端适量布置翅片可增大换热面积,提高换热效率.     

Thermal runaway propagation mitigation of lithium ion battery by epoxy resin board

动力电池热失控扩展阻隔是抑制大规模电池火灾的重要途径。本文采用环氧树脂板（ERB）阻隔锂离子电池的热失控扩展，分析不同厚度ERB对串联及并联模组的热失控阻隔作用。结果表明，ERB可降低热失控电池模组的最高温度，减轻电池热失控剧烈程度，避免喷射火焰的产生；对于并联的电池模组，采用2 mmERB的锂电池模组的电池间热失控扩展平均时间间隔为198 s，为无ERB时的2.29倍，采用4 mm ERB时平均时间间隔延长至无ERB时的5.57倍；对于串联的电池模组，采用2 mm ERB时电池热失控扩展平均时间间隔延长至无ERB锂电池模组的2.09倍，采用4 mm ERB时可完全阻止热失控扩展；研究发现并联的电池模组相对于串联模组更容易扩展,其原因为并联模组单个电池热失控时会形成电回路并产生焦耳热。     

汽车空调制冷剂直冷动力电池热管理系统的PID控制研究

电池热管理对电动汽车的安全和寿命至关重要。本文采用铝翅片铜管作为基础结构,设计一种结构紧凑、轻量型的18650型锂离子电池模组,采用基于PID原理的算法作为电动汽车空调系统电子膨胀阀的控制方案,实验研究R134a制冷剂直接气液两相流冷却电池模组的换热性能。结果表明：所提出的电池热管理系统能够快速响应温度的变化,并降低电池模组的温度。此外,当控制方案为动态温度PID算法时,电池模组以1 C倍率放电过程中电池之间的最大温差小于4℃,并且电池模组的最高温度低于36℃。