锂离子电池热效应模型分析
纯电动汽车锂离子电池热效应的建模及仿真
纯电动汽车锂离子电池热效应的建模及仿真
侯永涛;赛羊羊;孟令斐;石杰
【期刊名称】《电源技术》
【年(卷),期】2016(040)006
【摘要】电池热模型可用来研究电池内部的温度分布和热传递,从而进一步提高电池的安全性能.通过实验测得不同温度和荷电状态(soc)下电动车用锂离子电池内阻的变化情况,拟合得到电池内阻和SOC的关系表达式.通过Fluent软件建立了锂离子电池的单体温度场模型并进行仿真.仿真结果表明电池壳体对电芯的散热作用明显,在建模时不能忽略;电池正负极耳对电池整体的温度影响不大,在进行电池组建模时为了加快运算,可以忽略电池极耳.
【总页数】4页(P1185-1188)
【作者】侯永涛;赛羊羊;孟令斐;石杰
【作者单位】江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013
【正文语种】中文
【中图分类】TM912
【相关文献】
1.纯电动汽车用锂离子电池的建模和模型参数识别 [J], 姜久春;文锋;温家鹏;郭宏榆;时玮
2.纯电动汽车锂离子电池成组热效应分析 [J], 严刚;李顶根;秦李伟;邓原冰;窦汝振
3.纯电动汽车电动机参数设计及整车建模仿真分析——基于AVL-CRUISE仿真平台 [J], 戚金凤
4.考虑自热效应的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管建模与仿真 [J], 姜霞;赵正平;张志国;骆新江;杨瑞霞;冯志红
5.高能激光系统内光路热效应建模与仿真 [J], 胡鹏;张建柱;张飞舟
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纯电动汽车锂离子电池的热分析及散热结构设计
4.在现有电池包的基础上,进行电池包液冷散热结构的设计,并 与未采用液冷散热结构的电池包,在环境温度(25℃)下、以1C放 电倍率持续稳定放电的温升情况进行对比,温升降低了3℃左右, 结果表明:液冷散热结构具有较好的散热效果。本文主要探究了 三元锂离子电池在不同工况下的发热特性,根据分析结果采取相 关的热管理措施并验证其有效性,研究结果对解决电动汽车电池 的安全及寿命等问题具有重要意义,亦将为今后三元锂离子电池 包液冷散热结构的设计提供理论指导。
纯电动汽车锂离子电的热分析及散 热结构设计
新能源汽车的迅速发展对解决“环境”与“资源”这两大难题 有着十分重要的意义,作为纯电动汽车的核心部件-电池,承担着 越来越重要的角色,但电池的发热问题对电池本身的安全性能和 使用寿命影响较大。因此需要对电池的发热行为进行分析并采 取相关的散热措施。
本文的研究工作主要从以下几个方面开展:1.对锂离子电池的结 构、发热行为及发热原理进行理论分析,阐述电池热失控的一般 过程及产生热失控原因,通过试验探究温度对电池性能的影响。 首先对不同温度下电池的充、放电深度进行探究,其次对不同温 度下电池的内阻进行测量,采用密集的环境温度区间,并拟合多 项式,用于热仿真内热源代码的编写,并通过理论计算求得电池 的热物性参数,为后文电池温度场的发热仿真提供数据基础。
2.根据传热学及计算流体力学相关理论知识,建立电池小模组及 电池包的发热、传热数学模型及有限元分析模型,对电池小模组 在不同放电倍率下的发热情况进行仿真分析,并进行试验验证。 在仿真分析与试验研究一致的前提下,根据分析结果进行小模组 液冷散热结构的设计,通过试验验证散热结构的有效性,并对采 用不同冷却介质、不同冷却液温度下的散热效果进一步探究。
3.探究不同车速下电池包内部的发热情况。首先,纯电动汽车以 不同车速在城市工况下匀速行驶,获取瞬时电流数据,通过加权 计算得到加权平均电流,并将其作为温度场仿真的输入条件,其 次将仿真监测与实车采集的温度数据进行对比,验证了模型的准 确性,确定了不同车速下电池包的发热情况并得到结论:纯电动 汽车在不同车速行驶下,电池包内部的发热与车速有关,车速越 高,热量积聚越快,温升越高。
单体锂离子电池的热仿真分析方法
单体锂离子电池的热仿真分析方法首先，单体锂离子电池的热仿真分析方法主要包括以下几个步骤：1.建立数学模型：根据所研究的单体锂离子电池的几何结构和材料特性，建立数学模型。
通常，使用有限元方法建立三维电热耦合模型进行仿真分析。
2.确定边界条件：通过实验或者已有数据，确定电池的初始温度、外界环境温度和散热条件等。
同时，还需要考虑电池的工作状态和电流密度等关键参数。
3.选择仿真软件和网格划分：根据建立的数学模型和边界条件，选择合适的仿真软件，并进行网格划分。
网格划分的精细程度直接影响仿真结果的准确性和计算所需时间。
4.进行仿真计算：根据建立的数学模型、边界条件和划分的网格，进行热仿真计算。
通常，使用求解数学模型的迭代算法，如有限元算法进行仿真计算。
5.分析和优化结果：根据仿真计算得到的结果，分析电池的热特性，如温度分布、温升速率和热传导等。
根据分析结果，优化电池的设计和温控系统参数，以提高电池的寿命和安全性。
在进行单体锂离子电池的热仿真分析时，需要注意以下几个要点：1.材料特性：准确获取电池所使用的材料的热特性参数，如热导率、热容和热传递系数等。
这些参数对于热仿真计算的准确性至关重要。
2.动态效应：考虑电池在工作过程中的动态效应，如充放电过程中热量的产生和吸收。
这些效应对于评估电池的温升速率和热疲劳有着重要影响。
3.散热条件：准确建立电池周围的散热条件模型，如散热器、散热风扇等。
这些条件对于电池的热管理至关重要，需要进行细致的建模和分析。
4.温控系统：考虑电池的温控系统对于热仿真计算的影响。
温控系统的设计参数，如温度传感器的位置和控制策略等，直接影响电池的温度分布和热特性。
综上所述，单体锂离子电池的热仿真分析方法是评估电池热特性和设计温控系统的重要手段。
通过建立数学模型、确定边界条件、选择仿真软件和网格划分、进行仿真计算以及分析和优化结果等步骤，可以准确评估电池的热特性，优化电池的设计和温控系统参数，提高电池的寿命和安全性。
锂离子动力电池高频脉冲下的热行为分析
锂离子动力电池高频脉冲下的热行为分析锂离子动力电池高频脉冲下的热行为分析步骤一：引言锂离子动力电池作为当前最主要的电动车辆能源储存技术之一，在高频脉冲充电和放电过程中，热行为是一个重要的研究领域。
本文将根据锂离子动力电池在高频脉冲下的热行为进行分析，并逐步展开。
步骤二：锂离子动力电池工作原理首先，我们需要了解锂离子动力电池的工作原理。
锂离子电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。
在充电过程中，锂离子从正极通过电解质移动到负极，放电过程中则相反。
这种离子的迁移导致了电池的电荷和放电。
在高频脉冲下，电池内部将会产生热量。
步骤三：高频脉冲充电和放电过程当锂离子动力电池在高频脉冲充电和放电过程中，会受到更快速的电荷和放电。
这种高频脉冲的特性使得电池内部的热量产生更加复杂。
在充电过程中，电池内部会受到大量的电流输入，导致内部电阻升高，产生热能。
类似地，在放电过程中，电池会快速释放能量，产生热量。
步骤四：热建模为了更好地理解锂离子动力电池在高频脉冲下的热行为，可以通过热建模来进行分析。
热建模是用来描述电池内部的热传导和热扩散过程的数学模型。
通过该模型，我们可以得到电池内部的温度分布和热量的传递路径。
步骤五：热管理策略在高频脉冲下，电池内部的热量产生和传递会更加复杂和快速。
因此，需要采取相应的热管理策略来保持电池的温度在合理范围内。
例如，可以使用散热片、液冷系统或者风扇来进行热量的散发。
此外，还可以通过控制电池的充放电速率来控制热量的产生。
步骤六：热行为对电池寿命的影响最后，我们需要考虑热行为对锂离子动力电池寿命的影响。
高频脉冲下的热量产生和传递会导致电池内部的温度升高，从而加速电池的老化过程。
如果电池温度过高，会导致电解液的蒸发、正负极材料的结构破坏等问题，从而降低电池的循环寿命。
步骤七：结论综上所述，锂离子动力电池在高频脉冲下的热行为是一个重要的研究领域。
通过研究电池的工作原理、高频脉冲充放电过程以及热建模，可以更好地理解电池的热行为。
新能源汽车用锂离子电池生热速率模型
新能源汽车用锂离子电池生热速率模型
近年来，随着环保意识的增强和能源危机的加剧，新能源汽车逐渐成为了一个备受关注的研究领域。
新能源汽车的主要特点之一就是采用了锂离子电池作为动力源。
但是，锂离子电池在充放电过程中会产生大量热量，如果不能及时散热，就会导致电池过热，严重的甚至会引发火灾等安全事故。
为了更好地了解锂离子电池的热性能，研究人员对其进行了深入的研究，发现锂离子电池的生热速率与其内部反应速率密切相关。
通过建立新能源汽车用锂离子电池的生热速率模型，可以更准确地预测电池的温度变化和散热需求，从而为新能源汽车的设计和运行提供更加可靠的保障。
该模型基于电池化学反应动力学理论，考虑了电池内部的化学反应、传热、传质等多个因素，能够较为精确地预测电池的生热速率。
通过对不同工况下电池的实验测试和模拟计算，研究人员验证了该模型的准确性和可靠性。
未来，随着新能源汽车的不断普及和发展，新能源汽车用锂离子电池的热性能研究将成为一个重要的研究方向。
相信通过不断探索和创新，能够开发出更加高效、安全、可靠的锂离子电池和新能源汽车系统，为人类创造更加美好的未来。
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锂离子电池性能模型的建立与优化
锂离子电池性能模型的建立与优化电池作为一种储能装置，在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
而锂离子电池作为一种新型电池，具有能量密度高、寿命长、环保等优点，成为了许多领域的首选。
然而，一款优秀的锂离子电池，需要对其性能进行建模和优化，才能充分发挥其储能和应用效果。
本文将对锂离子电池性能模型的建立和优化进行探讨。
一、锂离子电池的结构和工作原理锂离子电池的主要结构由正负极、分隔膜和电解液组成。
正极主要由氧化物（如LiCoO2、LiFePO4等）构成，负极则多由石墨或石墨化碳黑构成。
分隔膜则是隔开正负极，防止短路的关键部件。
电解液则承担着离子传输和化学反应的重要作用。
而锂离子电池正常工作时，就是通过正负极离子交换的方式来实现储能和释能的。
二、锂离子电池性能模型对于一款锂离子电池，我们需要建立一种性能模型，来表征其储能和释能的效果。
锂离子电池的性能模型主要包括电池的放电特性、电池内阻、容量损失和寿命衰减模型等。
接下来，我们将对这些模型进行详细探讨。
1.电池的放电特性电池的放电特性是指电池在放电过程中，电压与电荷之间的关系。
通俗来说，就是电池在不同电荷状态下的电压变化。
为了建立电池的放电特性模型，我们需要通过实验获取一对电荷-电压数据，然后通过拟合方法来得到电池的放电曲线。
拟合方法可以选择传统的树脂相位模型、化学反应动力学模型、扩散模型等等。
其中，最常用的是树脂相位模型，该模型通过一系列的方程和参数来表征电池放电时的动力学过程。
2.电池内阻模型电池内阻是指电池内部电荷传输时产生的电阻，也是影响电池性能的关键因素之一。
为了建立电池内阻模型，我们可以基于电路模型和电化学模型来进行建模。
电路模型通过将电池内部分成多个部分，并通过电阻和电容等元件来描述内部的特性。
而电化学模型则是基于电化学反应、离子传输、扩散等过程，通过方程和参数来描述电阻的变化和演化过程。
电化学模型相对复杂，但也更为精确。
3.容量损失模型容量损失是指电池在多次充放电循环过程中，因为不可逆反应和物质迁移等原因引起的容量下降。
动力锂离子电池温度场热分析
动力锂离子电池温度场热分析李小爽【摘要】为了更好地掌握锂离子电池放电时电池内部温度场的分布,对电池放电时产生的热量进行管理,建立了锂离子电池放电时的数学物理模型.利用热分析软件Ansys,以ICR65/400型锂离子电池为例,建立了电池的二维热模型,对电池放电时的温度场进行了仿真分析.模拟了电池内部不同热生成率及电池与外界环境不同换热方式时,电池内部温度场及最高温度的分布,并分析了电池内部热生成率及辐射换热对电池内部温度场分布的影响.结果显示,电池内部最高温度及温度场的分布与电池热生成率、电池换热方式有很大关系.在自然对流换热方式时,辐射换热散发的热量占全部热量的5.6％～17.9％.而在强制对流换热时,辐射换热散发的热量几乎可以忽略不计.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)004【总页数】4页(P636-639)【关键词】锂离子电池;温度场;换热方式;辐射换热控制【作者】李小爽【作者单位】西安理工大学高等技术学院,陕西西安710082【正文语种】中文【中图分类】TM912.9锂离子电池凭借其自身的优点，已经被广泛应用于电动汽车，混合动力汽车等各种设备。
然而，近年来，由于锂离子电池在使用时的过度发热，商业上已经发生了多起锂离子电池召回事件。
而且，随着锂离子电池应用的广泛，越来越多的学者也开始对锂离子电池进行研究。
Karthikeyan Kumaresan等人研究了在不同的放电温度时锂离子电池的放电表现[1]；C.Y.Wang等人研究了锂离子电池的电化学与热行为之间的关系[2]；S.C.Chen等人通过三维仿真模型研究了锂离子电池的热行为[3]；Gi-Heon Kim等人研究了锂离子电池尺寸的大小与电池“热失控”之间的关系[4]。
锂离子电池放电时，其内部生成热主要由三部分组成：极化热（不可逆热）、化学反应热（可逆热）、焦耳热，且热量在电池内部迅速生成，使得电池内部温度快速升高。
工程热力学与锂离子电池散热
• 电化学反应热 Qr
• 是由电池内部各组成材料在充电过程中发生化学 反应产生的热能，与反应过程中的熵变有关。
Qr 与电池的极化内阻有关，是指电池在充放电过 程中，由电池的极化所产生的热量，这部分热量 在充放电过程中均为正值。
Qp I Rp J / s
锂离子电池热模拟分析
主要内容 一、锂离子电池概述 二、锂离子电池生热机理
三、锂离子电池热模型建立
一、概述
• 锂离子电池定义 指分别用两个能可逆地嵌入与脱出锂离子 的化合物作为正负极构成的二次可充电池。
LiCoO2 C Li1 xCoO2 CLix
• 锂离子电池工作原理图
• 若与外界没有交流的系统，能量遵循以下 表达式：
Q W U KE PE
• 傅里叶定律
• 任意时刻，各向同性的连续介质中任何地 点的局部热流密度数值上与该点的温度梯 度成正比，方向相反：
t q gradt n n
• 首先进行假设：
• 1、物体时各向同性的连续介质 • 2、热导率、比热容和密度均已知 • 3、物体具有内热源，生成率为 qv
• 直角坐标系中的热模型
• 傅里叶定律
Thank you!
2
• 欧姆内阻热 Q j
• 是由于电池内部各组成材料存在电阻而产生的， 在充放电的过程中这部分热量都为正值，是不可 逆反应热
Qj I R j J / s
2
三、热模型建立
• 锂离子电池热模型建立的理论基础为：
• 傅里叶定律
• 热力学第一定律
• 热力学第一定律
• 定义：自然界一切物体都具有能量，能量有各种 不同形式，它在转化和传递过程中能量的总和不 变。