圆柱卷绕电池电化学热特性分析

栗欢欢 [1], 王毅洁 [2],
[1] 江苏大学 汽车工程研究院 江苏镇江
[2] 江苏大学 汽车工程研究院
Published in 2019

环境污染问题日益严重,新能源汽车将成为汽车工业发展的新方向,而动力电池作为整个电动汽车的驱动核心,其安全性和使用寿命受到广泛关注。动力电池在大倍率充放电时内部化学反应加剧,各单体电池温度急剧升高,容易引发热失控等一系列安全事故。所以,本研究使用有限元软件COMSOL Multiphysics对圆柱卷绕式锂离子电池建立3D电化学-热平均耦合有限元模型,将电化学模型与热模型结合分析电池的电化学特性以及热行为,最终建立一个安全可靠的热管理系统。首先使用COMSOL软件的“电池与燃料电池模块”和“传热模块”这两个模块和“锂离子电池接口”,学习并参考了COMSOL官网案例库关于一维等温锂离子电池的案例,基于浓溶液理论和Newman模型,建立了三维柱状卷绕锂离子电池电化学-热平均耦合模型。在建模之前,对圆柱卷绕电池进行性能测试并查阅了相关文献,得到了锂离子电池的电化学参数如反应速率系数、电解液固相体积分数等详细真实的参数,最终利用软件计算得到单体18650电池的放电电压和温升曲线。通过比较仿真和实验测量得到的温度数据,发现两者匹配较好,下一步工作对整个电池模组进行产热优化仿真分析。COMSOL软件为电池热管理的研究带来了极大的便利,通过建模仿真对研究进行优化调整,节省大量的人力成本,同时加深对锂离子电池的热特性的理解,对电池热管理系统的设计有很好的指导作用。

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