下载文档原格式
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
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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
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。
- 1 -。
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。
作者：一气贯长空锂离子电池放电过程瞬态生热特性分析摘要：为探索纯电动汽车用锂离子电池在放电过程中的瞬态热特性，通过试验测试得到不同温度下的内阻和不同放电倍率下的温升曲线，计算出不同放电倍率下的瞬时生热率；根据 0.5C 放电倍率下的瞬时生热率和内阻生热率，求出熵热（可逆反应热）系数变化曲线，分析锂离子电池熵热特性对瞬态生热特性的影响。
分析结果表明：锂离子电池的瞬态热特性主要受电池内阻热和熵热（可逆反应热）的瞬态特性影响；熵热是影响电池放电过程中温度波动的主要因素，在放电中期会出现由相变反应引起的吸热现象；在小倍率放电过程中，熵热对电池温度场的影响大于内阻热，而在大倍率中则相反。
通过分析，可以为电池瞬态生热模型的建立与完善提供依据。
锂离子电池由于具有高电压、低自放电率、高比能量、好循环性能和无污染等优点，使其近年来在纯电动汽车上的应用越来越多。
电池在放电过程中的产热和散热对电池本身的性能和使用寿命有着重要的影响，目前国内外已有很多关于锂离子电池的产热特性方面的研究[1-2]，它们大多采用 1985 年美国加州大学伯克利分校的 Bernardi 等[3 针对电池系统提出的一种通用的产热基本理论。
Kim 等[4-5]将电池的产热分为两部分，分别是由于电荷转移引起的反应热以及由欧姆内阻引起的欧姆热。
其中反应热包含由电势差引起的不可逆热和可逆熵热，通过该思路建立生热率模型，模拟出不同放电倍率下的温度分布，并进行了试验验证；2011 年 Bandhauer 等[6]将放电过程中的生热率分为存储在电池中的热量和电池表面与外界换热散失的热量，估算出电池的生热率。
近几年，有不少学者针对熵热系数（dU/dT）进行了研究。
2013 年，任保福等[7]测量了锂离子电池的内阻和熵变，认为熵变仅与荷电状态有关，与环境温度无关，充电过程表现为吸热反应，放电过程表现为放热反应；2015 年，吴彬等[8]通过试验，测得锂离子电池不同荷电状态下的熵热系数，并对比分析了熵热系数的变化趋势；2016 年，云凤玲等[9]通过对高镍锂离子动力电池循环试验，测得前后熵热系数的变化，分析了循环前后电池表面温度分布。
锂离子电池散热模型锂离子电池散热模型锂离子电池是一种常见的电池类型，广泛应用于移动电子设备、电动车辆等领域。
然而，锂离子电池的高能量密度和充放电过程中的热量积累问题，使其在长时间使用时容易出现过热现象。
因此，设计一个有效的散热模型对于锂离子电池的安全性和性能至关重要。
下面，我们将逐步思考锂离子电池散热模型的设计过程。
第一步：了解锂离子电池的基本原理在设计散热模型之前，我们需要了解锂离子电池的基本原理。
锂离子电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。
充电过程中，锂离子从正极向负极迁移，放电过程中则相反。
在充放电过程中，会产生一定的热量，而过多的热量积累可能导致电池过热。
第二步：确定散热模型的物理参数在设计散热模型时，需要考虑电池的物理参数，如电池的尺寸、材料热导率、电池内部的热阻等。
这些参数将影响到散热效率和散热路径的设计。
第三步：建立热传导方程基于锂离子电池的物理参数，我们可以建立热传导方程。
热传导方程描述了热量在电池内部的传导过程。
可以使用热传导方程来计算电池内部的温度分布情况。
第四步：确定散热路径和散热介质在热传导方程中，我们需要考虑散热路径和散热介质。
散热路径可以包括电池外壳、散热片等，而散热介质可以选择导热硅脂、导热胶等。
选择合适的散热路径和散热介质可以提高散热效率。
第五步：考虑自然对流和强制对流在散热模型中，我们需要考虑热量传递的方式，包括自然对流和强制对流。
自然对流是指由密度差驱动的气体或液体的流动，而强制对流则是通过外部设备，如风扇等来促进热量的传递。
根据具体应用场景和需求，选择合适的对流方式。
第六步：模拟和优化在建立散热模型后，可以使用计算机模拟的方法进行热传导和散热效果的评估。
通过不断优化散热路径、散热介质和对流方式等参数，可以提高散热效率，降低电池的温度。
综上所述，设计一个有效的锂离子电池散热模型需要逐步思考并考虑电池的基本原理、物理参数、热传导方程、散热路径、散热介质以及对流方式等因素。
锂离子电池模型与优化研究近年来，随着电动汽车等新兴领域的崛起，锂离子电池已经成为了当今最重要、最核心的电池技术之一。
在这种状况下，锂离子电池的研究和优化显得尤为重要。
锂离子电池的模型锂离子电池的模型可以大致分为两种：一是物理模型；二是经验模型。
物理模型是基于锂离子电池中物理化学反应的原理建立的；而经验模型是通过大量的实验数据建立的。
物理模型中，锂离子电池电化学反应的研究十分重要。
对于锂离子电池而言，它的电极反应主要是在正极和负极之间进行的。
正极的电极反应可以简单地表示为：LiCoO2+xe-⇌Li1-xCoO2而负极的电极反应可以表示为：Li1-yFePO4+xLi+(1-x)FePO4+xe-锂离子电池的电化学反应是一个复杂的过程，很难用简单的物理模型来描述。
因此，这里我们主要讨论一下经验模型。
锂离子电池的经验模型锂离子电池的经验模型是通过大量实验数据建立的。
在这里，我们主要讨论一下锂离子电池的用电容量模型和电压模型。
用电容量模型是描述锂离子电池的电荷与放电过程中所存储的电量的模型。
用电容量可以通过充电和放电实验来确定。
在锂离子电池中，用电容量可以被分为两种：一是典型用电容量，即在给定的电流密度和温度下，锂离子电池在标准条件下能够输出的电量；第二种是实际用电容量，即在实际使用中，锂离子电池可以输出的电量。
其中，典型用电容量可以用电晕实验来测量，而实际用电容量则需要考虑到使用过程中的各种复杂因素，比如电池的使用频率、温度、电流密度等。
电压模型是描述锂离子电池的电压与电池状态之间的关系。
在锂离子电池中，电压与电池的状态（即电荷量）密切相关。
电池状态可以通过电容量来测定。
电池的电压主要受到电池内部化学反应、电池内部电阻、电池的输出电流和温度等因素的影响。
锂离子电池的优化研究针对上述锂离子电池模型，优化研究仍然是电池技术研究的重要方向。
常见的优化方法主要包括以下方面：1. 材料的优化。
其中正极材料的优化研究尤其重要，因为它涉及到锂离子电池所能够储存的电量。
单体锂离子电池的热仿真分析方法发布时间：15/04/28 12:58:54 浏览：527次今天正好有些时间，想起前段时间以来有网友问我关于锂离子电池单体如何分析，下列就ansys软件，简单的说下过程及注意事项。
过热的危害首先应会从单体电池的角度阐述过热的危害，我简单的说一下：电池的组成部分包含电解液、正负极材料、隔膜，铜铝箔等各种材料，温度过高会加速电池的老化速率，当电池的温度如果超过120 C,首先隔膜会收缩，而且正负极材料也会发生分解，电池内部会发生一系列的热反应，种种问题会造成不安全的因素，因而在电池设计时需要考虑电芯单体的温度性能，来确定电池的倍率放电能力。
一般来说除了电池内部发生严重的短路，温度在正常情况下不会超过120摄氏度。
建议没有电化学基础的，先了解一下电池的原理及组成，这样有助于电池几何体的建模和产热的行为分析。
我们经常从网上看到一些图片关于单体的温度性能，如下图：这样的分析结果到底对不对呢，如何精确的得到此图，这需要自己的掌握了。
下列以本人在几年前做的一个单体的分析来说明过程：1.电池参数获取导热系数和比热容是关键的两个因素首先电池参数的获取，下列给大家列出一个实例，里面参数需要大家和电池供应商去沟通。
MM密J# (kE/>3)比陽容(J/Kr k >辱热茹数■："■2俸积(T/13)孔陳率MK65319S70, 340.42正带点屋34331720,1 6 3&145CU鸽0.325 2166铝搭270290323Gms30539S正低(5耳(fS)2700903238员榜根耳(W的$33S5396此图中的参数是某款磷酸铁锂电池的物性参数。
具体体积数据需要计算测量。
由此数据可以计算电池的比热容，导热系数，密度等数据。
首先需要确定电池卷心的结构方式，是层叠式还是卷绕式。
比如层叠式，可以数一下极片的层数，可以完成体积的测量。
隔STF电解畝有上式可以确定电池的导热系数。
不同放电倍率下锂离子电池热效应分析研究刘萌;张超【摘要】温度对于锂电池的性能、安全及使用寿命有着很大的影响.针对锂电池放电过程中的发热问题,利用SpaceClaim建立了额定容量为14.6 Ah的LiMn2O4正极/石墨阳极方形锂电池三维模型,采用Fluent软件中的MSMD Battery Model 模块对放电倍率为0.5C、2C、3C、5C下锂电池的温度场分布进行模拟研究,并与实验结果进行对比验证,研究结果表明:模拟结果与实验数据基本吻合,随着放电过程的进行,电池温度逐渐升高,温度最高处基本位于远离电极的底部区域,放电倍率越高电池的升温速率越快,随之温度也越高.【期刊名称】《工业加热》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】4页(P1-3,11)【关键词】锂离子电池;放电倍率;热效应;数值模拟【作者】刘萌;张超【作者单位】陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南 714000;西安市水利规划勘察设计院,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】TQ151.8随着传统化石燃料的枯竭，以及人们环保意识的提高，将锂电池应用在汽车领域已成为发展趋势[1]。
作为汽车的动力来源，锂电池的性能直接影响着汽车的使用及安全，而电池在放电过程中的热失控问题成为其在汽车领域应用的重大问题[2-3]。
根据近些年来的新闻报道中可以发现，由于电池的热失控效应而引发的车体起火并不少见。
目前针对于电池的充放电性能研究相对较少，而随着计算机仿真技术的发展，使用数值模拟分析锂电池在充放电过程中的热效应成为新的研究思路。
CHEN SC等[4]通过数值模拟方法建立了电池的三维热分析模型，通过分析表明放电速率越快电池热效应越明显，其表面温度越高。
盘朝奉等[5]采用CFD软件对于0.5C、1.0C、1.5C、2.0C倍率下锂电池温度分布进行模拟并与实验数据进行对比验证。
欧阳唐文等[6]利用CFD商用软件对锂/二氧化硫单体电池进行了热效应分析，研究了电池热物理参数的变化、放电电流以及散热环境对电池温度分布的影响。
