三维锂离子单电池电化学-热耦合模型

预测锂离子电池的内部温度场对于热管理系统开发具有重要意义。应用多孔电极理论,建立了锂离子电池的一维电化学生热模型,同时考虑正负极集流板和电解液的欧姆热,与基于温度场相似准则建立的跨尺度锂离子单电池三维分层模型耦合,建立了基于有限单元的锂离子单电池温度场模型。基于模型进行1恒流放电工况下的热力学计算,系统考察了电池温度变化与分布特征,并对比分析了各层不均匀发热率分布情况。仿真结果表明,所建立模型能够进行锂离子电池内部分层结构发热分布和温度场预测,有助于后续的关键影响因素分析。     

考虑热辐射效应的锂离子电池温度场仿真分析

温升是影响锂离子电池力学性能和使用寿命的主要参数。研究了热辐射效应对温度的影响,首先建立了圆柱型电池传热模型,针对ICR65/400锂离子电池数值分析了热辐射系数对电池内部温度场变化的影响;然后讨论了放电倍率、对流换热系数和环境温度对热辐射的影响;最后在高放电倍率、自然对流和低温环境下,对有无热辐射效应的温度场进行了比较。结果表明:圆柱型锂离子电池放电过程中最高温度出现在电池中心处,最低温度在电池表面;当放电倍率、环境温度和对流换热系数不变时,热辐射系数越大,电池散热越快,体系降温速率越快,达到热平衡时间越短;电池放电倍率越高,其生热速率越快,热辐射的散热效果越显著;当对流换热系数和放电倍率不变时,环境温度越低,其与电池温差越大,热辐射的散热效果越显著;当环境温度和放电倍率不变时,对流换热系数越小,热辐射的散热效果越显著;热辐射效应可有效降低电池内部温度。     

锂离子储能电池放电热行为仿真与实验研究

研究了单体锂离子储能电池三维电化学-热耦合模型建模技术,开展了不同放电条件下的电池温升曲线数值仿真和实验测试。实验测定电池各主要组成材料的导热系数、比热等热物性参数,锂电池电芯叠层简化为导热系数各向异性整体结构,建立包含电芯、外壳、正负极柱等主要部件的单体电池三维几何模型;Bernardi模型描述锂离子单体电池生热率,考虑锂电池内阻随荷电状态变化,生热率作为源项加入计算模型,瞬态分析方法得到了放电历程中锂电池温度场分布,并开展了温升曲线实验测试。研究结果表明:锂电池温升呈现非线性特征,在放电末期温升加速明显;外壳材料对锂电池散热具有一定程度的影响;建立的热模型能够较准确地描述锂离子单体电池放电过程热行为。     

基于区域电压的锂离子电池不均匀发热模型

锂离子电池温度空间分布的不均匀性随着放电倍率的增大而加剧,严重影响电池寿命和安全性。针对锂离子电池放电过程中温度空间分布不均匀的情况,提出一种新的基于区域电压的不均匀发热模型,用来实时预测电池温度分布。考虑电池尺寸和热特性,将电池分为九个区域并进行开路电压测试,实时记录每个区域表面温度变化,采用每10%荷电状态（SOC）下降期间测量的表面温度和环境温度数据计算得到区域电压,根据区域电压获得电池的区域发热量,并建立三维仿真模型得到电池温度空间分布。使用该不均匀发热模型预测了放电倍率为0.5C、1C、2C、3C和4C时的电池温度空间演变,仿真结果显示该模型能捕获温度的不均匀分布,并通过实验验证,温度误差在1℃以内,相对误差在5%以内,表明该模型能够对温度分布进行有效监测。     

锂离子动力电池的三维热模型

研究了圆柱形、方形和软包三种不同结构设计以及放电倍率和换热系数对锂离子动力电池温度场分布的影响。结果表明,电池正极极柱和边缘温度最低的结构设计是软包,其次是圆柱形,温度最高的是方形;随着放电倍率的增大,电池各部分的温度均不断增大,放电倍率越大,温升速率越快,尤其是在大倍率放电情况下,温度几乎呈直线增加;增大对流换热系数,电池最高温度处(铝极耳)温度逐渐下降,中心处温度变化更为明显,但增大对流换热并不能无限制地降低电池温度。     

基于电化学热耦合模型锂电池热管理系统优化

以电化学模型和直角坐标系三维热模型为基础,建立了电化学三维热耦合模型,对锂离子电池组产热情况进行仿真分析,结果表明电池组的温度分布更加符合实际情况,比单独的三维热模型或电化学二维热耦合模型更加准确。以额定容量为60 Ah的锂离子电池为例,对锂离子电池进行不同放电倍率的产热分析,得到了电池组的温度场分布,分析了温差与温升的原因,构建了一种新的电池包的结构,再次对新的电池组进行不同放电倍率产热分析,温差与温升都有明显的下降,达到了优化的目的。     

基于VFFRLS参数辨识的蓄电池三维电热耦合模型

随着锂离子电池在现代生产中广泛应用,为了精确分析锂电池放电过程中三维温度场分布与电压特性,基于二阶RC等效电路模型,利用可变遗忘因子递推最小二乘法(VFFRLS)对锂离子蓄电池参数进行在线辨识和实时修正,结果表明仿真电压数据与实测电压数据最大误差为0.086 2 V,最大相对误差为2.53%,具有较高辨识精度。并将参数辨识结果传递到COMSOL中进行三维电热耦合模型仿真实验,实验表明不同放电倍率下圆柱形锂离子电池内部中心温度高于外部温度,外表面及上下底面温度略低,正负极柱温度最低。     

锂离子电池温度变化热模拟研究

利用锂离子电池热模型对环境温度,热交换系数,电池大小以及电池荷电状态对电池温度变化的影响进行了模拟计算研究;结果表明:环境温度越高,电池热交换系数越小,电池越大,荷电状态越高,电池发生热失控的温度越低,概率越大。同时还模拟了绝热条件下锂离子电池的自放热过程。     

550kV环氧浸渍干式油-SF6电容套管温度场分析

为了验证550kV环氧浸渍干式油-SF6电容套管的温升性能,对该套管在5 000A和6 300A条件下的温升进行了试验分析,获得了套管温度分布规律;建立了套管温度场有限元计算模型并对套管进行了热-电耦合传热分析。结果表明:温升试验条件下,套管油侧温度高于SF6侧,电流越大,套管各部位温度越高;集肤效应及邻近效应可使套管内外导电管产生沿径向分布不均匀的电流密度;5 000A电流下,自油侧到SF6侧导电管温度呈现先增大后减小的趋势,套管内导电管中间位置温度计算值最高;所建立的套管温度场模型计算结果与实测结果基本一致,可为干式套管的优化设计提供理论和实践依据。     

双极性锂离子电池热设计仿真研究

双极性锂离子电池具有比能量高、电流均匀、结构紧凑等特征,在调频储能领域应用前景良好.由于双极性锂离子电池为内部串联结构,因而对温度分布的可控性和均匀性要求更高.通过建立双极性锂离子电池三维热电耦合模型,分析了端面集流体结构、电芯尺寸及散热方式对电池温度特征的影响.结果表明,电池最高温度及位置将受到端面集流体厚度影响,采...