基于CFD的锂电池温度场仿真

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1、万方数据第29卷第2期2013年4月电子机械工程Electro-MechanicalEngineeringV01．29．No．2Apr．2013基于CFD的锂电池温度场仿真+欧阳唐文，张兴娟，杨春信(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：建立了锂电池热特性的三维数学模型。将结构复杂的锂电池"-3成一个整体获取其热物理参数，同时采用分段线性插值的方式考虑比热容、导热系数随电池的SOC(荷电状态)的变化。利用商业CFD软件FLUENT对彤二氧化硫单体电池进行了三维温度场仿真计算，分析了电池热物理参数的变化、放电电流以及散热环境

2、对电池温度分布的影响。关键词：彤二氧化硫电池；温度场；仿真；CFD中图分类号：TM912．9文献标识码：A文章编号：1008—5300(2013)02-0014-04SimulationofTemperatureFieldofLithiumBatteryBasedonCFDOUYANGTang-wen，ZHANGXin-juan，YANGChun-xin(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeihangUniversity，Be彬ng100191，China)Abstract：Athree．dime

3、nsionalmathematicalmodelisbuilttodescribethethermalcharacteristicoflinliumbattery．Lithiumbatterywhichhasverycomplicatedinternalstructureisconsideredasawholetogetitsther-mo—physicalparameters．Amethodofpiecewiselinearinterpolationisusedtostudythevariationofspecificheatcapacity

4、andthermalconductivityasSOC(stateofcharge)ofbatterychanges．Thethree·dimensionaltemperaturefieldofasinglelithium／sulfurdioxidebatteryissimulatedusingcommercialCFDsoftwareFLU—ENT，thenthefactorsaffectingthetemperaturedistributionofthebatteryincludingvariationofthermo-physi·calp

5、arameters，dischargecurrentandcoolingenvironmentareanalyzed．Keywords：lithium／sulfurdioxidebattery；temperaturefield；simulation；CFD引言锂电池作为新型的高能化学电源，具有比能量高、湿贮存寿命长、放电电压平坦、宽广的使用范围等特性，在武器装备领域已经得到了广泛应用⋯。锂电池在军事装备上的应用能够实现军事装备的小型化、轻量化和节能化。以锂／二氧化硫(Li／SO：)电池为代表的锂一次电池作为高输出功率的电源，如导弹深井发射时的备

6、用电源、水下航行器动力电源等军事装备中的特殊功能，是其他电池所无法替代的旧J。锂电池在实际应用过程中最重要的问题是热安全性问题。原因在于锂电池放电时，电池内阻发热、电极极化发热及化学反应放热等会使电池温度快速升高，电池温度的升高会进一步促使反应的加剧，从而形成产热与温升的正反馈。尤其是在密闭空间的电池组大电流长时间放电时，内部温度上升更为明显。当温度+收稿日期：2012—12—10·14·超过一定限制时，电池可能会出现鼓胀、泄漏、乃至爆炸等危险∞1。因此，对锂电池的热分析和热设计是十分必要的。文献[4]将电池当作各向同性的均质材料，建立了USl

7、6850型锂离子蓄电池温度场分析的二维模型。文献[5]建立了ER48660型锂电池温度场分析的三维模型，分析了放电电流和表面传热系数对电池温度分布的影响。文献[6]建立了锰酸锂动力电池的热模型，分析了对流表面换热系数、外壳材料和厚度对电池散热能力的影响。本文在现有锂电池热特性三维数学模型基础上，考虑电池热物理参数随电池SOC(荷电状态)的变化，采用线性插值的方法获得电池不同SOC时的热物理参数。利用商业CFD软件FLUENT14．0对某型锂／二氧化硫单体电池进行了三维温度场仿真计算，分析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

8、的影响。万方数据第29卷第2期欧阳唐文，等：基于CFD的锂电池温度场仿真·抗恶劣环境设计与试验技术·1仿真模型1．1物理模型锂／二氧化硫正极为多孔碳，