动力用锂离子电池热仿真分析

介绍锂离子电池热分析。

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动力用锂离子电池热仿真分析张遥，白杨，刘兴江

f国电子科技集团公司第十八研究所，津 3 08)中天 03 1

摘要：应用 CF— CE D A+软件，通过建立模型求解的仿真手段， 1 h动力用锂离子电池在 O5C充放电条件下进行对 5A . 热仿真分析，结果表明，电极和电解液固然是决定电池热效应的根本要素，引流极耳、柱和壳体的优化设计将显著但极改善电池的热分布，可以使最高温度不发生在电极部分，在动力电池高功率输出的情况下尤为重要。并这关键词：离子电池：特性；真锂热仿

中图分类号： M 9 2文献标识码： T 1 A

文章编号：0 2 0 7X 2 0 )7 0 6— 3 1 0— 8 (0 80— 4 1 0

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e t rs r n l f c h e we e, h e in o a n o n c o to g y a f tt e t mp r t r ip r i n i I e e a u e d s e so n L B, a d t e ma i u n h xm m t m p a u e o o n c o a e a o d d b mp o ig d s g . Th h r l e in i v r p￣ n o o e er t r f n e t r n b v i e y i r v n e i n c c e t e ma sg s e y i o a tf rp we I d m rL B wo k d a i h c re tr t r e t g u r n a e. hK y WO d: l i m— o a t r; h r I h r c e it;sm ua i n e r s¨h u i n b te y t e ma a a t r i i l t c sc o

作为新兴化学电源体系，锂离子电池以其高电压、高比能量、循环寿命长等诸多技术优点越来越广泛地应用在便携通信、车载动力及空间T程等领域__而锂离子电池在误用或滥 1。 . 2用的情况下，能会出现热鼓胀，重的会导致燃爆，安全可严其性日益受到广泛关注 _锂离子电池领域研究人员正不断从 3 _。

成型工艺制备圆柱形电芯，体采用不锈钢材料，壳两侧分别引l正负端子，叶 I电池额定容量 1 h外形尺寸为 4 5A, 0mmx 10 6 mm,量 4 5g质 2。

12软件选用 .使用 C D— E F AC+分析软件对多物理场模拟分析，选择了化学、流体、电学、热这 4个模块进行耦合。学模块能够提传化供电激活 (ul—o r b t r l )类型多孔介质的异质化学 (e rg— e v me htoe e

材料体系到充放电管理等诸多方面对电池安全性的控制技术开展研究。离子电池的安全性问题的基本表征为电池发热，锂

传统的热成像技术仅能采集到电池表面状态，无法深入电池内部热信息；植埋热电偶温度采集的方法受结构限制又无法得到完整的热分布信息。为此，我们应用 C D. E F AC+仿真=工具，过建立模型求解，求更完整的锂离子电池的热特性，通探

no s hmir)析； e u e sy分 c t流体模块采用了基于压力的有限体积

方法 (V N—程求解器，进行多孔介质及膜的二维轴 F M) S方能

对称几何的模型分析；电学模块可以在施加焦耳热负载的同时考虑结构产生的电容效应影响；热模块能提供传导、传自然对流、壁面源的工况时的分析方法。这些模块已经过广泛的验证和使用，都有着大量的程应用实例，完全可以满足锂电池内部热量的分布和变化趋势的仿真分析需求。

并把研究对象由小容量便携通信电源扩展到中等容量动力电池，进行热模拟仿真分析，探求电池单体内部的温度梯度分布状况，以期对动力电池设计及安全性提高起到一定的指导作用。

13仿真参数确定 .()料物理特性 1材电解液：度为 1 3/密 . 5gmL,导率为 1 . mSc, 2电 03/比热 m为 139J mo )导热系数为 04 ( 。 3 ./ lK, (,5W/ K) m 隔膜：料为 P—PP材 EP—E三层复合，度为 04 2gc,密 ./m￣比 9

1实验11实验电池选择 .采用传统的 LC O正极和石墨负极材料，VD/ io P FNMP有机溶剂和黏结剂，el r2 0 cl ad 3 0隔膜，在铝制卷芯上通过卷绕 g收稿日期：0 8 0— 4 2 0— 3 0

热容为 1 7 ./ g K, 81 J( )导热系数为 03 4W/ K1 9 6 k .3 ( m 。 正极片：平均密度为 34/m, .0gc孔隙率为 2%, 8组成材料为 LC O和铝箔。LC O io 2 i o比热容为 12 92/ g K, 6 .1J k )热传 (导系数为 1 8W/ K)铝箔比热容为 9 3J(g K, . ( 5 m ; 0/ )热传导 k系数为 2 8W/ 1 3 ( K。 m作者简介：张遥 (9 8,吉林省人， 1 7一)男，工程师，主要研究方向为锂离子电池。 Bo rp y Z AN a (9 8 ) iga h: H G Y o 1 7一

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2 0 7 VO 2 0 8. I NO 7 3 .

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负极片：均密度为 1 4/m,隙率为 3%,平 . 7gc 3孔 4 0组成材料为石墨和铜箔。石墨比热容为 1 3 . J k )热传导系 74/ g K, 4 (

数为 1 4W/ K)铜箔比热容为 3 5J(g K)热

传导系数 . ( 0 m ; 8/ , k为 3 8W/ 9 ( K。 m

r, K 3 29 3 .

其它材料类型：壳体材料为不锈钢 1 r8 9 i芯柱材料 C lNi, T为铝锰合金，正极耳材料为纯铝，负极耳材料为金属镍。 () 2材料及电池结构参数由 Auo A图纸给出。 tC D () 3电化学反应：正极：i C O+xL xe L o 2 i -+ LC O io 2LC O+ …… 此处隐藏：8974字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……