圆柱锂离子动力电池电热特性仿真-论文.pdf

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1、第24卷第7期中国有色金属学报2014年7月Volume24Numb~7TheChineseJournalofNonferrousMetalsJuly2014文章编号：1004．0609(2014)07—1823—08圆柱锂离子动力电池电热特性仿真杜双龙，赖延清，贾明，程昀，张红亮，张凯，刘业翔(中南大学冶金与环境学院，长沙410083)摘要：基于COMSOLMuLTIPHYsIcs平台建立三维热仿真模型，定量分析不同工作电流条件下的温度分布。结果表明：单体及模块最高温度集中在中心区域，温度呈辐射状由内向外逐渐降低。在换热系数20W／(mz

2、．K1作用下，低于8C倍率放电可使单体电池工作在正常温度范围，而使三并五串电池模块最高温度在正常范围，放电电流应低于5C；在5C倍率下放电结束后，荷电状态(soc)为0模块中心电池最高温度达到322．88K，比同倍率绝热条件下单体最高温度仅低2．81K。关键词：锂离子电池；热模型；温度分布；仿真中图分类号：TM911文献标志码：AElectrothermalcharacteristicssimulationofcylindricalautomotivelithium—ionbatteryDUShuang—long，LAIYan—qing，J

3、IAMing，CHENGYun，ZHANGHong—liang，ZHANGKai，LIUYe—xiang(SchoolofMetallurgyandEnvironment，CentralSouthUniversity,Changsha410083，China)Abstract：Athree·dimensionalthermalsimulationmodelwasestablishedbasedonthefiniteelementcommercialsoftwareCOMSOLMULTIPHYSICStoanalyzetheinfluence

4、ofdifferentdischargeratesontemperaturedistribution．Theresultsshowthatthehighesttemperaturelocatesatthecentralarea，andthetemperaturedecreasesfrominsidetooutside．Besides，thesinglecellcanworkwellbelow8Cdischargecurrentwhenthecoeficientofheattransferissetto20W／(m2,K)，but5Cf0rt

5、hemodule．Thehighesttemperatureofthecentralcellofthemoduleunder5Cis322．88K，only2．81Klowerthanthatofsinglelithium—ionbatteryworkingatadiabaticconditionnearly．Keywords：lithium—ionbattery；thermalmodel；temperaturedistribution；simulation圆柱形锂离子电池由于具有各个方向张力可相互空间累积，从而致使电池的温度升高。抵消，不

6、易膨胀变形，一致性较好，并且产生气体不电池散热率与生热率的关系如图1所示，是稳易泄露、耐压性好等优点，在电动工具等高功率应用态温度平衡点，是非稳态温度平衡点，在以下领域中已经得到广泛应用[1】，但是其所产生的热问题温度，散热速率强于生热率，电池的温度降低至平衡依然不可忽视。实际应用中为提供足够容量，一个大点，在以上温度，生热率强于散热速率，温度不型电池组通常由多个单体电池并联或串联组成，这种断升高，电池将面临热失控，最终到达着火点温度。结构潜在增加了电池的接触电阻，而接触电阻产热是锂离子电池正常工作温度范围在一20～50℃，若高于电池重要的

7、热源之一，因此，这造成了电池运行过程50℃，电化学性能和循环寿命会明显下降【5】。另外，中欧姆热的增加。如果热量不能及时散失，便在有限电池组在运行过程中不仅要求各电池单体间具有电化基金项目：国家自然科学基金资助项~(51204211)；中国博士后科学基金资助项~(2012M521543)；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(2O120l62l200891收稿日期：2013-10．21；修订日期：2014．01．06通信作者：贾明，讲师，博士；电话：13975127722；E—mail：jiamingsunmoon@}aliyun．tom

8、l824⋯目有色金属学报密闭问的【：况特点，研究作电流以及特定换热系数条件下的温度分布，为圆柱彤电池及电池组的优化设计及热管理提供理论指导。0U／窭窭匕C001仿真及计算方法§詈