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            一種熱電耦合模型實現對三種商用鋰離子電池內部溫度分布的預測

            清華康飛宇團隊:一種熱電耦合模型實現對三種商用鋰離子電池內部溫度分布的預測

            清華康飛宇團隊:一種熱電耦合模型實現對三種商用鋰離子電池內部溫度分布的預測

            清華康飛宇團隊:一種熱電耦合模型實現對三種商用鋰離子電池內部溫度分布的預測

             簡 介 

            鋰離子電池已經商業化三十年,但其安全問題依然困擾著人們。電池的爆炸通常是由于在大電流充放電,電池內部溫度急劇升高,積熱超過閾值導致的。高能量密度的三元材料電池比磷酸鐵鋰電池具有更大的安全隱患。單個電池的循環發熱量會影響整個電池組。但是直接測量電池內部在不同電流密度下的溫度分布依然是極具挑戰性的工作,因此使用模擬方法準確預測電芯內部在不同充放電流的密度具有重要意義。近期,清華大學國際研究生院康飛宇教授團隊發表題為題為Full-cycle electrochemical-thermal coupling analysis for commercial lithium-ion batteries的文章,此文章基于電池的電化學行為,使用單粒子模型,建立了一維電化學和二維傳熱的電化學-熱耦合模型,準確的計算出14650,18640,26650三種柱狀商用鋰離子電池(正極為三元材料,負極為石墨)的表面溫度,并預測電池內部的溫度分布。

            清華康飛宇團隊:一種熱電耦合模型實現對三種商用鋰離子電池內部溫度分布的預測

            要點簡析

            要點一:模型的建立

            本模擬是在COMSOL Multiphysics軟件中完成的,一維的電化學模型包括電池的正負極材料和電解液及隔膜,因集流體未參與化學反應故沒有考慮在內;二維的導熱模型里包含集流體,因其參與了熱傳導的過程。

            清華康飛宇團隊:一種熱電耦合模型實現對三種商用鋰離子電池內部溫度分布的預測 

            要點二:電池表面溫度的實驗測試

            為了驗證模型的正確性,使用熱電偶測試了柱狀電池表面的溫度,測試系統如下圖所示。

            清華康飛宇團隊:一種熱電耦合模型實現對三種商用鋰離子電池內部溫度分布的預測

            要點三:電池表面溫度實驗值和模擬值的對比

            下圖展示了18650電池在不通充放電電流下充放電曲線和溫度的模擬值和實驗值的對比,表現出較好的一致性??梢园l現在充電結束時,電池的電壓達到最高,溫度也達到最高,且在充電末端,溫度的上升速率也急劇的增大。隨著充放電電流的增長,其最高溫度也急劇的增大。

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            要點四:不同充放電電流下電池內部溫度的溫度預測

            使用此模型計算出放電結束時,即電池溫度最高時,電池內部的溫度分布。如下,在3C時,電池內外溫度差大約是1 ℃,且電池內部最高溫度的位置為在電池的卷繞部分和芯軸的接觸面上。

            清華康飛宇團隊:一種熱電耦合模型實現對三種商用鋰離子電池內部溫度分布的預測

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            原文信息

            文章題目:Full-cycle electrochemical-thermal coupling analysis for commercial lithium-ion batteries. 

            DOI10.1016/j.applthermaleng.2020.116258

            原文鏈接:

            https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431120337376

            清華康飛宇團隊:一種熱電耦合模型實現對三種商用鋰離子電池內部溫度分布的預測

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