基于comsol的電芯電化學(xué)充放電膨脹分析

                      基于comsol的軟包鋰電池?zé)釣E用失控蔓延分析

                      基于Comsol 鋰電池電化學(xué)擬合的一種方法

                     基于comsol的鋰電池組電化學(xué)耦合風(fēng)冷相變分析

                      基于comsol的18650鋰電池電化學(xué)仿真

                      基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析

                      基于Comsol的超聲探測(cè)鋰電池SOC狀態(tài)仿真分析

                     基于comsol的磁場(chǎng)對(duì)鋰電池的影響仿真

     大型動(dòng)力電池作為新能源車輛的核心部件，關(guān)乎用車的安全；同樣，大量中型小型動(dòng)力電池廣泛應(yīng)用在各類移動(dòng)出行設(shè)備中，以及許多新興的家用設(shè)備。而對(duì)于電池來說，最大的安全事故就是電池的熱失控，電池的熱失控，嚴(yán)重的時(shí)候?qū)?huì)導(dǎo)致電池出現(xiàn)自燃，當(dāng)電池的熱失控到達(dá)一定的溫度之后，就會(huì)出現(xiàn)不可控的自發(fā)熱狀態(tài)，一旦自發(fā)熱熱源超過電池散熱能力，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的溫度直線上升，然后就會(huì)燃燒爆炸和釋放有毒氣體。實(shí)驗(yàn)中用高速攝影機(jī)記錄了熱失控噴發(fā)全過程，從測(cè)試中發(fā)現(xiàn)了噴射流呈現(xiàn)了氣-液-固三相共存的特征，其中氣體噴射速度高達(dá)137m/s。

      此次我們主要討論內(nèi)短路，內(nèi)短路引起電池?zé)崾Э剌^為普遍。各種各樣的原因都可能產(chǎn)生不同類型的內(nèi)短路，包括機(jī)械變形、擠壓、撕裂，隔膜破裂、過充過放、極端過熱。更危險(xiǎn)的一種內(nèi)短路是自引發(fā)內(nèi)短路，如在制造過程中隨機(jī)摻雜的雜質(zhì)和顆粒，在長(zhǎng)期運(yùn)行之后累積演變發(fā)生的內(nèi)短路，導(dǎo)致事故。

       通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要的內(nèi)短路類型包括，鋁-銅、正極-銅、鋁-負(fù)極、正極-負(fù)極等四種電路。其中有的是立即發(fā)生熱失控，如鋁和負(fù)極的接觸；而正極和負(fù)極接觸一般不會(huì)發(fā)生熱失控；鋁和銅接觸的危險(xiǎn)程度也比較高，但是不一定馬上引發(fā)內(nèi)短路。

     對(duì)于實(shí)際模組管理中，可以通過應(yīng)用數(shù)值仿真輔助的一致性差異檢測(cè)，辨識(shí)出來早期的內(nèi)短路個(gè)體電池，對(duì)潛在的熱失控做早期的隔離、熔斷和必要溫控措施。當(dāng)然，除了早期防范外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)考慮到極端的熱失控燃爆對(duì)周圍電芯的影響，極力避免大量電芯被蔓延，引起重大事故。

     一般情況下，熱蔓延抑制設(shè)計(jì)包括隔熱設(shè)計(jì)和散熱設(shè)計(jì)、噴淋設(shè)計(jì)，隔熱設(shè)計(jì)是利用不同隔熱材料防止模塊熱蔓延，散熱設(shè)計(jì)是不同液冷流量對(duì)熱蔓延進(jìn)行抑制，噴淋設(shè)計(jì)是在自動(dòng)識(shí)別關(guān)鍵溫度和特征后啟動(dòng)一定量的冷液噴淋，快速降低目標(biāo)自發(fā)熱電芯溫度。

    此次采用Comsol設(shè)計(jì)了一套關(guān)于少量電芯模組的熱失控仿真模型APP，采用緩慢內(nèi)短路內(nèi)發(fā)熱逐漸引發(fā)熱失控的方式。其中引入了智能噴淋功能，預(yù)測(cè)不同噴淋控制參數(shù)帶來的防控效果。

此次設(shè)定在約110~120度時(shí)啟動(dòng)持續(xù)噴淋，可以看到當(dāng)達(dá)到閾值的噴淋降溫能力后，熱失控被壓制住。