锂离子电池热效应模型分析
锂离子电池热模型研究概述
锂离子电池热模型研究概述
锂离子电池是目前最常用的可充电电池之一，广泛应用于电动车、便携设备等领域。
由于锂离子电池在使用过程中会产生大量的热量，导致电池性能退化、寿命缩短等问题，因此研究其热模型具有重要意义。
锂离子电池热模型研究可以分为宏观模型和微观模型两类。
宏观模型主要从整体电池的角度出发，考虑电池内部的热传递、自发放热等热学特性，采用热传导方程、热对流方程等方法建立电池热模型。
微观模型则从原子和分子的角度出发，研究电极内部的热学特性和反应机理，采用分子动力学、热力学等方法进行模拟和分析。
锂离子电池热模型的研究可以帮助了解电池内部的热学特性和能量转化机制，在电池的设计、优化和使用过程中具有重要应用价值。
未来随着电动车、储能设备等领域的不断发展，锂离子电池热模型的研究也将不断深入，为电池科技的进步提供坚实的理论基础。
车用动力锂电池产热机理研究现状
车用动力锂电池产热机理研究现状李斌;常国峰;林春景;许思传【摘要】精确的锂离子电池产热量是电动汽车电池包热管理设计的基础.总结了现有锂离子电池产热模型,指出Bernadi产热模型在计算电池产热时通用性较高.整理了3种测量温熵系数dE/dT的方法:直接测量法、可逆热等值法以及极化热扣除法.给出了Bernadi产热模型关键参数温熵系数dE/dT特征值,为各类锂离子电池包产热计算提供了依据.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)002【总页数】4页(P378-381)【关键词】锂离子电池;产热机理;温熵系数【作者】李斌;常国峰;林春景;许思传【作者单位】同济大学汽车学院,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804【正文语种】中文【中图分类】TM912.9电动汽车(EV和HEV)在使用过程中“零排放”和高效率的特点日益突显其对于减少环境污染及石油依赖度的重要性，世界各国及主要汽车集团均提出了一系列振兴电动汽车产业的规划。
锂离子电池作为电动汽车动力输出的主要能量来源，其性能及寿命与其工作温度密切相关，需要采用有效的热管理措施以保证其在不同环境及使用条件下正常工作。
为指导电动汽车电池包的热管理方案设计，需要研究电池在不同使用条件下的产热散热情况，建立锂离子电池热模型。
锂离子电池产热模型不断发展，按模型原理可分为电化学-热耦合模型，电-热耦合模型和热滥用模型，按模型维度又可分为集中质量模型(零维模型)、一维模型、二维模型和三维模型[1]。
电池充放电过程中的内部产热是极其复杂的，为了能够建立精确的产热模型，需要研究在任意充放电时刻及电池温度下的电化学反应速率不同以及电池内部的电流密度不均匀分布引起的各类反应热、焦耳热[2]，但该种方法往往需要大量的实验数据以确定电池产热模型中的各个参数，费时费力。
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【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.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2016(040)006【总页数】4页(P1185-1188)【关键词】锂离子电池;热模型;内阻;Fluent;仿真【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随着纯电动汽车的推广应用，锂离子电池的安全性受到越来越多的关注。
锂电池的安全问题主要是由电池的滥用和热失控引起的，锂离子电池的热模型研究也因此成为该领域的研究热点之一。
通过建立热模型，可以预测电池内部温度的分布以及热传递过程，从而进一步精确分析热失控现象，为提高电池的安全性能提供保障。
锂离子电池热模型主要通过基本传热方程和能量平衡描述电池内部的热效应；或将热量方程引入到电化学模型中，形成电化学-热耦合模型，Chen和Evans先后建立了二维和三维的热传导模型[1]，提出了一个描述电池整体生成热的方程，用以计算电池内部的温度分布。
随后，Pals等模拟了单电池和电池组内部的热量传导行为[2]，建立了锂离子电池包含热效应和能量平衡的通用模型。
电化学-热耦合模型从电化学反应生热的角度描述电池热模型，可用于仿真电池在正常工作状态下的温度情况。
锂离子电池高温热模拟及热行为
锂离子电池高温热模拟及热行为
锂离子电池是一种常用的可充电电池，其热行为对于电池的性能和安全性至关重要。
高温热模拟及热行为的研究可以帮助了解锂离子电池在高温环境下的表现，并优化电池设计。
在高温环境下，锂离子电池的热行为主要包括以下几个方面：
1. 热传导：热传导是指热量在电池内部的传递过程，影响电池内部的温度分布。
研究热传导可以优化电池的散热设计，提高电池的散热效能。
2. 热扩散：热扩散是指热量在电池结构中的传播过程，决定了电池的温度响应速度。
了解热扩散行为可以预测电池在高温环境下的热稳定性。
3. 热辐射：热辐射是指电池表面向外辐射的热量，可以通过测量电池的辐射热量来了解电池内部的温度分布。
4. 热膨胀：高温环境下，电池内部材料会发生热膨胀。
研究电池材料的热膨胀性能可以帮助优化电池的封装设计，减少对电池结构和性能的影响。
为了研究锂离子电池的高温热模拟及热行为，可以使用热仿真软件进行数值模拟，或者进行实验室测试。
研究的目标包括了解电池在高温环境下的温度变化、热量分布、热辐射等情况，以及研究不同材料和结构对热行为的影响。
通过研究锂离子电池的高温热模拟及热行为，可以优化电池的设计和制造，提高电池的性能和安全性。
同时，还可为电池的故障诊断和热管理提供重要参考。
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。
锂离子电池电化学-热-力场模型
锂离子电池电化学-热-力场模型
锂离子电池电化学-热-力场模型是一种用于描述锂离子电池中
电化学反应、热效应和力场变化的数学模型。
这种模型基于锂离子电池的工作原理，通过考虑锂离子在正负极之间的迁移、电极界面的电荷转移、电化学反应的热效应以及电池内部的力场变化等因素，模拟锂离子电池的性能和行为。
在锂离子电池中，正极和负极之间通过电解质导电，锂离子在电池充放电过程中在正负极之间迁移，并伴随着电化学反应。
锂离子电池的性能和稳定性受多种因素影响，包括电极材料的电化学性质、电解质的离子传导性能、电池的温度变化以及力场的分布等。
因此，一个综合考虑电化学、热学和力学因素的模型对于理解和优化锂离子电池的性能具有重要意义。
锂离子电池电化学-热-力场模型的建立基于一系列方程和参数，通过求解这些方程可以得到电池中的锂离子浓度分布、电荷分布、温度分布以及力场的变化。
这些模型还可以预测电池在不同工作条件下的性能，如电池的放电容量、电压输出和内阻等。
通过对模型参数进行优化和调整，可以改进锂离子电池的设计和性能。
总之，锂离子电池电化学-热-力场模型是描述锂离子电池行为
的重要工具，对于理解电池性能和优化电池设计具有重要作用。
锂离子电池和电池组的产热功率分析和仿真
锂离子电池和电池组的产热功率分析和仿真温度对于锂离子电池而言非常重要，低温会导致锂离子电池的电性能降低（容量、倍率性能），但是能够提高锂离子电池的存储寿命，高温能够提升电性能（容量、倍率性能），但是会降低电极／电解液界面的稳定性，引起循环寿命的快速衰降。
对于一个由众多电池组成的电池组而言，电池组内部的温度不均匀分布会导致单体电池的性能产生很大的差异，从而导致单体电池之间不均匀的衰降，最终导致电池组的失效，例如北京大学的Quan Xia等人采用A123的LFP电池进行电池组的模拟和仿真试验发现，通过改变电池组的结构，将电池组内的最大温差从4.62K降低到2.5K能够将电池组累计充电600Ah后的可靠性从0.0635提高到0.9328（详见链接：《电池组“可靠性”的影响因素和模型计算》）。
锂离子电池的使用工况对于离子电池的产热具有很大的影响，例如高倍率充放电会在电池内短时间累积更多的热量，而小倍率下则几乎能够实现热平衡，减少电池的温升。
江苏大学的徐晓明（第一作者，通讯作者）等人对55Ah单体电池和电池组的产热功率和温度分布情况进行了研究分析，研究表明单体电池的发热功率会随着环境温度的升高、电池SoC和充放电倍率的降低而降低，对电池组的热分析发现温度最高的区域集中在电池组中央区域，并且发现采用空气散热时气流更容易从电池组的上方流过，因此导致冷却效果不佳。
试验中作者采用了55Ah的方形锂离子电池，电池共有5个测温点，其中两个位于电池的低部、三个位于锂离子电池的侧面，如下图a所示。
电池的产热可以通过温升和电池的比热容来计算（如下式所示），其中Q为电池产热量，C为电池的比热容，m为电池的质量， T为电池的温升，如果进一步将p下式除以时间t，我们能够得到电池的产热功率。
为了保证环境温度的一致，作者采用恒温箱进行精确控温，电池的充放电设备采用了Digatron BTS-600设备，采用安捷伦的34970A设备采集电池的温度信息。
锂离子电池产热模型
锂离子电池产热模型
锂离子电池产热模型是用来描述锂离子电池在工作过程中产生热量的数学或物理模型。
这些模型有助于理解和预测电池在不同条件下的热行为，从而确保电池的安全性和性能。
锂离子电池产热模型主要包括以下几种：
1. 电化学-热耦合模型：这种模型基于电化学反应动力学和热力学，结合电能、化学能和热能的关系，描述电池内部的反应过程、浓度、电势和温度场的分布。
该模型能够指导电池内部参数的变化对电池电化学性能和热特性的影响。
2. 热滥用模型：这种模型详细归纳了锂离子电池内部的产热来源，包括SEI膜的分解反应、嵌锂碳与溶剂的反应、电解液的分解反应等。
该模型重点考虑了电池在高温下的热失控现象，对电池的安全性评估具有重要意义。
3. 电-热耦合模型：这种模型通过电池内部电流分布仿真温度分布，与电化学-热耦合模型相结合，指导电池微观结构（如电极、隔膜厚度、正负极材料粒子大小等）的设计。
该模型对电池尺寸、电极分布、电极大小、电池组散热系统的设计具有指导意义。
在锂离子电池产热模型中，常用的还有集中产热模型，该模型将电池假设为一种均匀产热的质点，忽略电池的三维结构，简化电池在三维空间的热传导计算。
这些模型在实际应用中可以根据具体需求选择合适的模型进行仿真和分析。
通过不断优化和完善产热模型，可以提高锂离子电池的安全性和性能，推动其在电动汽车、储能系统等领域的应用发展。
18650型锂离子动力电池热特性研究
18650型锂离子动力电池热特性研究冯能莲;马瑞锦;陈龙科【摘要】To research the thermal security of lithium-ion power battery used in electric vehicles, with 3.2 Ah lithium-ion power battery as the research object, a three-dimensional mathematical model was built to analyse the thermal characteristic of lithium-ion power battery in the state of different discharge rates and different ambient temperature by the simulation and experiment temperature on the thermal characteristics of lithium-ion power battery were investigated. The results illustrate that temperature rising curve of the lithium-ion battery is nonlinear, the temperature rise rate increases obviously at the end of discharge; the temperature rising and temperature rising rate increase with the increasing of the charge/discharge rate; their temperature variation trends are basically the same, so the mathematical model can accurately describe the thermal behavior of the lithium-ion battery. The simulation and experimental analysis of thermal characteristics of lithium-ion battery could provide abundant data basis for studying temperature rising of battery pack and design of thermal management system.%针对电动汽车用锂离子动力电池热特性,以3.2Ah锂离子动力电池为研究对象,建立了锂离子动力电池的热模型.分别对锂离子单体电池在不同放电倍率、不同环境温度下的热特性进行了仿真和实验.结果表明,锂离子电池温升呈现非线性特征,在放电末期温升速率明显增大;锂离子电池的温升和温升速率随着放电倍率的增大而增大;仿真温度和实验温度变化趋势基本一致,说明所建立的数学模型能够较准确地描述锂离子单体电池放电过程热行为.进行锂离子单体电池热特性仿真和分析,可以为热管理系统设计提供依据.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2019(043)004【总页数】4页(P564-567)【关键词】电动汽车;锂离子动力电池;数学模型;热特性;热管理【作者】冯能莲;马瑞锦;陈龙科【作者单位】北京工业大学环境与能源工程学院,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京 100124;新能科技香港有限公司,中国香港 999077【正文语种】中文【中图分类】TM912锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、能量效率高、自放电率小、循环寿命长、无记忆效应等优点[1-2]，广泛应用于电动汽车。
锂离子电池电化学模拟模型的比较_卢立丽
统的研究[J].电力电子技术，2009,43(12)：55-57. [10] 魏幼平，岳云涛.一种新型双 PWM 三电平变频调速系统[J].电
[2] 王春杰.大功率异步电机转子变频调速系统及其控制策略研究 [D].天津大学博士学位论文集.天津: 天津大学,2005.
[3] 江友华，曹以龙.转子变频调速系统的发展和现状[J].变频技术 应用,2006(2): 68-71.
[4] 殷海蒙，高艳霞，江友华.大功率交流电机转子变频调速系统的 分析[J].电机与控制应用，2006，33(6)：51-55.
型的不同在于对固相锂离子扩散处理的不同，J.Newman 利用
球坐标下的 Fick 扩散方程描述固相中锂离子的扩散：
dc + 1 ∂ [−r D ∂ (c )] = 0
dt r ∂r
∂r
(1)
x= c c
(2)
建立的模型[6-10], 主要模拟不同条件下电池的充放电过程。其 中 J.Newman 等人通过球坐标下的 Fick 扩散方程描述固相中
[5] 张娟.矿井提升机电控系统的发展[J].冶金自动化，2006，增刊 (S2):218-251.
[6] 江友华，曹以龙，龚幼民.转子变频调速系统的发展和应用[J].变
频器世界，2005,7:9-11. [7] 吴国祥，江友华.转子变频调速系统的性能分析和研究[J].电气
传动,2007，37(10):10-13. [8] 全吉男，王聪.基于双 PWM 整流器绕线异步电机串级调速控制
固体颗粒平均半径的改变对 Ｊ．Ｎ ｅｗ ｍ ａｎ 模型计算结果的影响更明显。
基于Fluent的单体锂离子电池热仿真分析
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车基于Fluent的单体锂离子电池热仿真分析詹世东 李康伟 蔡友彬 石浩宇 吴彦鑫广州城市理工学院汽车与交通工程学院 广东省广州市 510000摘 要： 本文采用Fluent软件中的MSMD电池模型进行仿真，分析了不同放电倍率下单体锂离子电池的电压和温度特性。
首先，根据实际尺寸建立单体锂离子电池的三维模型，并进行网格划分及边界条件命名等前处理；其次，利用Fluent的MSMD电池模块对电池单体在300K室温条件下分别以1C、3C、5C、7C的放电倍率进行温度仿真，得到单体电池的温度特性曲线和电压特性曲线，分析结果表明，随着放电倍率的增大，电池的放电终止电压越低，耗电量越高，电池的温度和温差都随之增大。
关键词：锂离子电池 MSMD 单体电芯1 前言目前，随着环境污染及能源短缺问题在全球范围内的出现，寻找更环保、低耗和安全的汽车能源显得尤为关键，因此推动电动汽车的发展成了人们普遍关注的重点。
锂离子电池的高能量密度、循环寿命长、安全性高等优点被广泛应用于电动汽车行业。
但是，锂离子电池的安全性能受充放电过程中的温度影响较大，锂离子电池最佳工作温度范围为20℃～40℃，最大温差不超过5℃。
单体电池的温度和温差过大会导致锂离子电池的充放电效率降低，温差严重时还会产生电池的热失控和安全问题。
闫凯和楚金甫等人[1]利用CFD软件对18650单体电芯进行了1C放电工况下的热仿真分析，并使用热成像对比验证二者的测试结果，得出了CFD软件热仿真分析的数据相对准确的结论；北京建筑大学的周庆辉和陈展等人[2]利用Fluent软件进行了不同电流下锂离子电池的温度场仿真，得出电池电流越大对电池的温度和温差的影响越大；南昌大学的李甜甜等人[3]进行单体电池的温度场仿真分析，并对单体电池进行对应的放电实验得到了电池实际温度的相关数据，结合仿真得到的数据，得出所建立的电池三维热模型具有真实性。
基于热电效应与相变耦合的锂离子电池热管理数值研究
基于热电效应与相变耦合的锂离子电池热管理数值研究陈凯盛;周涛涛;吴志根;陆威【期刊名称】《化学工程》【年(卷),期】2024(52)4【摘要】温度对锂离子电池工作性能影响巨大,需要增设热管理系统对电池在高温工况下散热。
文中建立了一种基于热电效应和相变材料耦合的电池热管理系统,采用半导体制冷片冷端直接为电池制冷,热端采用相变材料散热。
为进一步强化系统散热性能,通过数值模拟的方法探究半导体制冷片及相变材料对电池散热的影响。
结果表明:半导体制冷片在高工作电流下,其制冷效果突出,但存在电池内部温差过大、相变材料短时间失效等问题难以在电池放电全程维持其合适工作温度,可应用于紧急情况下为电池迅速散热。
当制冷片在低工作电流下工作时,制冷片输入工作电流为0.4—0.6 A,相比电池无热管理系统下的平均温度,电池最高平均温度降低约45℃,电池在放电全程散热效果显著,且电池内部最大温差小于5℃,均匀性良好。
相变材料的熔点及潜热值大小对热管理系统散热性能也起到了重要作用。
【总页数】5页(P23-27)【作者】陈凯盛;周涛涛;吴志根;陆威【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院;同济大学环境与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM912【相关文献】1.基于电-热耦合模型的锂离子电池组热管理系统设计与优化2.基于相变材料-泡沫铜-翅片复合结构的锂离子电池热特性研究3.基于MnCoGe基合金的磁热效应与磁结构耦合相变调控机制研究4.基于过冷相变材料热开关的锂离子电池热管理系统5.基于电化学-热-力耦合模型的锂离子电池热失控研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
锂离子动力电池的三维热模型
锂离子动力电池的三维热模型殷宝华;艾亮;贾明;汤依伟;孙言飞【摘要】研究了圆柱形、方形和软包三种不同结构设计以及放电倍率和换热系数对锂离子动力电池温度场分布的影响.结果表明,电池正极极柱和边缘温度最低的结构设计是软包,其次是圆柱形,温度最高的是方形;随着放电倍率的增大,电池各部分的温度均不断增大,放电倍率越大,温升速率越快,尤其是在大倍率放电情况下,温度几乎呈直线增加;增大对流换热系数,电池最高温度处(铝极耳)温度逐渐下降,中心处温度变化更为明显,但增大对流换热并不能无限制地降低电池温度.%The influences of three different structure designs (cylinder,square,soft pack),discharge rate and heat transfer coefficient on temperature distribution of lithium ion battery were studied.The results show that the temperature of battery cathode pole and edge with soft pack structure is the lowest,the temperature of the cylinder structure is higher,and the temperature of the square structure is the highest.With the increase of discharge rate,the temperature of battery gradually increases,and the higher the discharge rate is,the faster the temperature rises,especially at high dischargerate.With the increase of heat transfer coefficient,the highest temperature of battery (Al tabs) gradually decreases,and the temperature change in center of battery is more obvious.But the effect of heat transfer coefficient is not unlimited.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)002【总页数】4页(P199-201,307)【关键词】结构设计;放电倍率;换热系数;锂离子动力电池;温度场【作者】殷宝华;艾亮;贾明;汤依伟;孙言飞【作者单位】湖南艾华集团股份有限公司,湖南益阳413000;湖南省特种电容器工程技术中心,湖南益阳413000;全固态储能材料与器件湖南省重点实验室,湖南益阳413000;湖南艾华集团股份有限公司,湖南益阳413000;湖南省特种电容器工程技术中心,湖南益阳413000;湖南艾华集团股份有限公司,湖南益阳413000;全固态储能材料与器件湖南省重点实验室,湖南益阳413000;中南大学冶金与环境学院,湖南长沙410083;艾华集团博士后科研流动站协作研发中心,湖南益阳413000;湖南艾华集团股份有限公司,湖南益阳413000;中南大学冶金与环境学院,湖南长沙410083;艾华集团博士后科研流动站协作研发中心,湖南益阳413000;湖南艾华集团股份有限公司,湖南益阳413000;中南大学冶金与环境学院,湖南长沙410083;艾华集团博士后科研流动站协作研发中心,湖南益阳413000【正文语种】中文【中图分类】TM912锂离子蓄电池具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，受到了国内外相关学者的广泛关注，成为汽车动力电池的首选。
不同放电倍率下锂离子电池热效应分析研究
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。
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℃，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。
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。
有上式可以确定电池的导热系数。
关于比热容，可以用加权法来计算，这里不再赘述。
关于电池的内阻，一般用直流内阻来计算发热量。
2.关于电池的建模针对单体模型的建模程序：包含电芯部分(包括正极片、负极片、隔膜等)作为一个单元进行模型的建立，作为发热源。
其他部分根据根据单体实际模型与尺寸进行建模和设置相关个更变参数，包含极耳、极柱、壳体等主要传热部件。
(A)几何模型1)对于电芯而言，不再分成一片一片的正负极单片，而是将整个电芯拟合为一个整体来考虑，其具有新的物性和形状;2) 对将极耳和正负电极连接起来的金属片而言，根据单体实际模型进行建模，其物性参数取当量值;3) 极耳连接出电极后，各片之间紧密相靠，形成一个整体，厚度为各片厚度之和;4)电池内部空腔部分空气不考虑其流动性，极堆单体之间的液体不考虑流动。
锂离子电池热模型研究概述
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车时代汽车 锂离子电池热模型研究概述李生红 熊震 秦国锋 糜沛纹 劳晶晶广西师范大学 广西桂林市 541000摘 要： 锂离子电池的热安全性对于衡量电动汽车性能指标具有重要作用，建立电池的热效应模型能够有效设计电池热管理系统，改善电池散热效果，从而提高热安全性。
本文对按照建模维数划分模型研究，包括集中质量模型、一维模型、二维模型、三维模型；对按照建模原理划分模型研究，包括电化学-热耦合模型、电-热耦合模型、热滥用模型，并对国内外关于热模型的研究发展进行展望。
关键词：锂离子电池 热模型 耦合模型 热滥用1 引言锂离子电池是一种拥有比其他类型电池更高的能量密度、电压、功率密度、更多循环充放电次数等优点的二次电池。
随着新能源汽车在我国市场的不断开拓，锂离子电池作为其核心部件之一，其热安全性是衡量电动汽车的重要因素之一。
在2013-2014年，特斯拉工厂出现锂离子电池发生自燃现象，前后导致了共5次起火事故。
而引发这场事故在于对电池温度的实时监控不当而导致的。
温度对电池的影响不仅仅包括循环充放电的效率、容量大小、功率大小、可靠性、寿命长短、热安全性高低、工作状况，而且还会进一步影响电动汽车在行驶过程中的可靠性及安全性[1]。
将锂离子的工作温度控制在一定的范围内能够有效避免电池自燃、爆炸等危险情况的发生。
锂离子电池热模型的建立能够有效对电池在不同工作状态下进行实时监控与预测，是模拟电池温度场的重要工具。
本文将详细介绍按照建模维数和建模原理划分电池热模型方式，并对国内外关于热模型的研究发展进行展望。
2 充放电的生热机理电池工作原理作为研究锂离子动力电池生热机理的前提与基础，原理是：锂离子与等量电子之间的相互嵌入和脱出称为电池的充放电过程。
充电时，锂离子由正极经电解液运动到负极，嵌入负极小孔处，当数量增多时，则表明电池的充电容量越大。
同理可知：电池放电时，经电解液从负极返回到正极的锂离子数量增多时，则表明电池的放电容量越大[2]。
锂离子电池高温热模拟及热行为
锂离子电池高温热模拟及热行为黄文才;胡广地;张琦;周鹏凯【摘要】借助COMSOL Multiphysics数值模拟软件,对锂离子电池建立三维分层模型,通过加入副反应方程,对电池进行加热模拟,研究不同工况下的温度分布并进行热行为分析.锂离子电池温度分布主要受加热温度和对流传热系数的影响.在加热温度为448 K时,电池表面温度达到460 K以上;在加热温度为350 K时,电池表面温度在340 K左右达到稳定.在加热温度不变的条件下,对流传热系数为1.5 W/(m2·K)时,电池温度在10000 s左右达到稳定;对流传热系数为20.0 W/(m2·K)时,在2000 s左右就达到稳定.电池温度达到400 K以上时,会引发内部的副反应发生,造成热失控,损坏电池.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2018(048)006【总页数】4页(P410-413)【关键词】锂离子电池;数值模拟;电化学热耦合;副反应;热失控【作者】黄文才;胡广地;张琦;周鹏凯【作者单位】西南交通大学汽车研究院,四川成都 610031;西南交通大学汽车研究院,四川成都 610031;西南交通大学汽车研究院,四川成都 610031;西南交通大学汽车研究院,四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TM912.9锂离子电池在高温情况下，受到环境温度和对流传热系数的影响，表面温度升高，会引发内部的多种化学反应，造成产热量大于散热量，使温度发生急剧变化，导致发生安全问题。
S.Al Halaj等[1]建立简单的一维热模型，计算18650型电池内部的温度变化，以集中质量模型为参考并通过绝热加速量热仪(ARC)计算电池在不同放电倍率下热失控时的温度，证明模型的可行性。
T.D.Hatchard等[2]研究电池在热失控时热辐射的影响，认为电池在炉箱试验工况下不能忽略热辐射，针对圆柱形锂离子电池，以集中质量模型为基础，建立热失控模型，使用该模型仿真炉箱试验中的温度变化情况；张志杰等[4]对不同放电倍率下锂离子动力电池的温升特性进行数值分析，发现在高倍率下持续放电，会引起电池温度升高，以致超过安全工作的温度上限，会对电池的性能和使用寿命产生很大的影响。
锂离子电池析锂发生的热效应
锂离子电池析锂发生的热效应
锂离子电池析锂反应的热效应可以通过反应热的变化来描述。
锂离子电池的电化学反应包含了锂离子的还原和氧化过程。
在锂离子电池的负极（阴极），锂离子（Li+）在充电时会还原成锂金属（Li）。
这个过程是一个放热反应，释放出热量。
反应方程式如下：
Li+ + e- → Li
在锂离子电池的正极（阳极），锂金属（Li）在放电时会氧化成锂离子（Li+）。
这个过程是一个吸热反应，吸收热量。
反应方程式如下：
Li → Li+ + e-
总的来说，在锂离子电池的充放电循环过程中，锂离子的还原和氧化反应会伴随着热效应的变化。
具体来说，充电时，电池会释放热量，放电时则会吸收热量。
对于锂离子电池来说，热效应是一个重要的考虑因素。
过高或过低的温度都会对电池的性能和寿命产生负面影响。
因此，在电池的设计和使用中，需要合理控制温度，以确保热效应不会对电池性能带来不利影响。
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锂离子电池热效应模型分析
锂离子电池是目前最常见的可充电电池之一，具有高能量密度、长寿
命和较低的自放电率等特点，在电动汽车、移动设备等领域得到广泛应用。
热效应是锂离子电池性能评估中的重要指标之一，对电池的工作温度、安
全性以及循环寿命等方面都有着重要影响。
本文将对锂离子电池的热效应
模型进行分析。
其次，锂离子电池内部的热传导和对流过程也对热效应有重要影响。
电池内部通过热传导将产生的热量从内部辐射到外部环境，并通过对流将
热量传递到外部环境。
这涉及到热传导的数学模型和热对流的传热特性，
需要考虑电池内部温度梯度、传热系数以及热导率等因素。
热传导和对流
过程是锂离子电池热效应模型的另一个重要组成部分。
此外，锂离子电池的热效应还可能与外部因素有关，如工作环境的温度、使用条件的变化等。
这些外部因素也需要考虑到热效应模型中，以准
确评估电池的热性能和安全性。
综上所述，锂离子电池的热效应模型需要考虑电极材料的化学反应过程、热传导和对流过程以及外部因素的影响。
针对这些不同的因素，可以
采用数学模型、热传导和对流的传热特性模型以及实验数据等方法进行分
析和建模。
通过热效应模型，可以预测锂离子电池的工作温度变化、安全
性能以及循环寿命等关键指标，为电池设计和应用提供重要参考。