磷酸铁锂电池放电过程的电化学—热全耦合模型数值模拟研究

《磷酸铁锂电池放电过程的电化学—热全耦合模型数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________全日制专业学位硕士论文磷酸铁锂电池放电过程的电化学-热全耦合模型数值模拟研究学位申请人：廖连生学科领域：机械工程指导教师：曾建邦副教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写

2、的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。学生本人签名日期指导教师签名日期摘要磷酸铁锂电池放电过程的电化学-热全耦合模型数值模拟研究摘

3、要锂离子电池是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。掌握锂离子电池产热行为，有效地制定热管理措施，才能及时把热量散出，确保锂离子电池工作安全，不会因过热引发燃烧甚至爆炸现象。由于锂离子电池的产热行为与其电化学行为密切相关。因此，本文针对东莞新能源科技有限公司生产的磷酸铁锂电池，深入研究其放电过程中各种电化学参量与产热量的变化规律，以期为磷酸铁锂电池结构设计以及以其为单元构建的电池组散热设计提供指导。借助COMSOLMultiphysics软件平台开发可全面考虑电子欧姆热、离子欧姆热、离子迁移热、不可逆电化学反应热、可逆熵热、膜电阻热以及接触

4、电阻热的磷酸铁锂电池一维电化学-热全耦合模型，并结合文献和实验测试结果校准、验证和完善所开发的数值模型，发现本文所开发的数值模型较文献结果更加接近实验测试结果。然后，利用完善后的数值模型探讨了不同放电倍率下磷酸铁锂电池放电过程中其内部各种电化学参量与产热量的变化规律，发现该模型可较好地预测放电过程中磷酸铁锂电池内部固相电+势、电解液电势、电解液中Li浓度、固体活性物颗粒内部平均Li浓度以及传输流密度等电化学参量以及电子欧姆热、离子欧姆热、离子迁移热、可逆熵热、不可逆电化学反应热以及膜电阻热等沿着电池厚度方向上的变化规律。然而，磷酸铁锂电池一维电化学-热全耦合模型忽略了

5、极耳以及电池内部各种电化学和产热量沿着电池宽度和高度方向的变化，这与实际存在较大的差距。为此，本文在磷酸铁锂电池一维电化学-热全耦合模型的基础上，借助COMSOLMultiphysics软件平台开发了包含极耳在内的磷酸铁锂电池三维电化学-热全耦合模型，并结合实验测试结果校准、验证和完善所开发的数值模型，发现模拟结果与实验测试结果吻合良好。然后，利用其探讨了不同放电倍率下磷酸铁锂电池内部温度分布规律，发现放电倍率不同，电池内部温度分布规律基本相似，但放电倍率越大，电池内部各位置的温度越高，且电池内部温差越大，5C放电结束时温差高达2.65℃。为此，本文重点分析了5C放电

6、过程磷酸铁锂电池内部各种电化学参量与产热量的变化规律，发现该模型可全视角观察其内部+固相电势、电解液电势、电解液中Li浓度、固体活性物颗粒内部平均Li浓度以及传输流密度等电化学参量以及电子欧姆热、离子欧姆热、离子迁移热、可逆熵热、不可逆电化学反应热以及膜电阻热等热量的变化规律。关键词：磷酸铁锂电池，电化学-热全耦合模型，放电过程，数值模拟IAbstractNUMERICALSIMULATIONOFLITHIUMIRONPHOSPHATEBATTERYDISCHARGEPROCESSBYELECTROCHEMICAL-THERMALFULLCOUPLINGModelAB

7、STRACTLithiumionbatteriesarethemainenergysourcesofelectricvehicles,andtheirperformanceandservicelifearehighlyrelatedtotheirworkingtemperature.Inordertodissipatetheheattimely,ensuringthesafetyoflithiumionbatteryandcausingnocombustionorexplosionduetooverheating,weneedtomastertheb