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鋰電池熱失控

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創建者：琳泓comsol 創建時間：2019-09-24

鋰電池熱失控的視頻教程

Comsol的18650鋰電池熱失控PDE建模
Comsol的18650鋰電池熱失控PDE建模

熱失控實驗 此次我們根據論文，借助Comsol的PDE模塊進行建模， 復現了18650熱失控的基本過程。 有興趣的可以點擊購買，查看視頻，也可以加我交流模型。

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動力鋰離子電池包熱管理及熱失控分析 --CONVERGE計算方案【微信公眾號：艾迪捷】
動力鋰離子電池包熱管理及熱失控分析 --CONVERGE計算方案【微信公眾號：艾迪捷】

動力鋰離子電池包熱管理及熱失控分析 --CONVERGE計算方案 適用人群：面向電池行業的設計人員和仿真工程師 動力鋰離子電池包熱管理及熱失控分析 --CONVERGE計算方案（免費）【已結束】 直播時間：2020-08-04 19:30 鋰電池因為其高能量密度和大輸出功率的特點得以快速推廣使用，但由于其熱不穩定性，在極端條件下發生火災爆炸的幾率很大，所以鋰電池的安全性成為動力電池最關注的問題之一

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Altair電池包解決方案系列研討會之電池熱-電耦合和熱失控仿真
Altair電池包解決方案系列研討會之電池熱-電耦合和熱失控仿真

Altair電池包解決方案系列研討會之電池熱-電耦合和熱失控仿真 1.SimLab Battery Solution 介紹； 2.電池包熱模型建模； 3.電池包熱管理和熱失控仿真。

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鋰電池熱失控圖1

鋰電池熱失控的實例教程

作品名稱：大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間相變吸熱與噴發研究 作者： 王佩犇 | 中國農業大學 博士生 關鍵詞：磷酸鐵鋰電池，熱失控建模，噴發降溫，電解液沸騰 作者說 Ansys Fluent求解器穩定可靠，成熟的仿真能做好，難的仿真它能做，開發模型總能快人一步。在面向工程時經常出現的新現象，在明晰機理后總能通過Ansys軟件建立模型。使用者擁有Ansys這款軟件，將具有方法論引領行業前沿的潛力，是高校科研與企業開發必不可少的關鍵工具。 圖1. 電池熱失控沸騰吸熱機理 磷酸鐵鋰電池在儲能電站中應用廣泛，但其熱安全風險威脅電站運行。大容量磷酸鐵鋰電池熱失控呈現顯著的三維分布特性，內部電解液沸騰極大增加了傳熱過程復雜性，制約高安全電池系統設計。為深入理解并量化電解液相變吸熱在熱失控傳熱中的作用，本研究建立了精細模型，核心創新在于量化表征電解液吸熱相變及其對后續傳熱的影響。模型驗證表明：電池表面溫度計算與實驗結果高度吻合(決定系數R2 > 0.9)。該模型為儲能系統安全設計提供了重要手段工具。 挑戰/需求 圖2. 熱失控產熱驅動電解液沸騰；(a) 三維溫度分布；(b)電解液沸騰界面與熱失控前鋒面 儲能磷酸鐵鋰電池熱失控期間存在電解液沸騰吸熱行為，電池內部傳熱復雜。阻礙了高安全電池的設計。急需明晰電池電解液沸騰吸熱原理，建立考慮電解液沸騰吸熱的熱安全模型，以指導電池安全設計。 使用工具：Ansys Fluent 最終成果 圖3. 模型與實驗對標；(a) 電池溫度對標；(b) 反應與質量對比 機理：LFP電池泄壓降溫是：定容過程下的過熱電解液在定壓狀態下發生了沸騰與蒸發導致； 模型：提出了電池內壓-溫度實驗關聯式以及電解液沸騰蒸發吸熱方程。
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在消防圈、儲能（鋰電池研發）圈引起了廣泛的討論。 近日，多起電動自行車燃燒事件也引發社會關注，事故造成多人受傷。 據報道，這次事故主要的問題是電池。北京的這個電化學儲能電站建設有25MWh的磷酸鐵鋰電池儲能。鋰離子電池現在有兩種主流形式，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，北京儲能電站使用的是磷酸鐵鋰電，安全性雖然相對更高，但依然會存在熱失控的現象（產品因素、環境因素、安裝因素，也有些電池本身是二手的，也就是動力電池退役后再次使用的）。當磷酸鐵鋰電池熱失控時，電解液中會析出很多易燃易燃爆的氣體，比如一氧化碳、氫氣、乙烯、甲烷、乙烷、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等，這些氣體與空氣混合形成了爆炸性混合物，遇火源即會發生劇烈爆炸。 為了幫助大家厘清鋰電池熱失控，本文從鋰電池熱失控的基本原理出發，并通過仿真分析來論證熱失控的過程及對策。 一、鋰電池的發展和安全問題 2019年諾貝爾化學獎由M. Stanley Whittingham、John B. Goodenough和吉野彰三維科學家分享，表彰他們在鋰電池發展中的先驅貢獻。[1]正是這一年，鋰電池全行業迎來爆發式增長的元年，資本輪番驅動，引導鋰電池應用擴散至各類細分領域。 鋰離子電池體積小、重量輕、比能量高，無明顯記憶效應且工作電壓高，這些優點讓鋰離子電池早期在消費電子領域快速普及，驅動了消費電子產品前所未有的大發展，迎來了2011年至今的移動互聯網的時代，鋰離子電池產品應用還是保持絕對容量小，少量電芯成組的小規模儲能狀態。 2012年前后，特斯拉異軍突起，引領產業鏈擁抱新能源革命，鋰電池大規模儲能產品不斷被研發、推出應用，逐漸到2019年實現了鋰電池產業鏈的全面爆發，當下，鋰電池更是被委以實現“碳中和”的重要使命。
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*精彩直播預告 鋰電池作為主要動力電源之一已被廣泛應用于各個行業，因其高能量的特點，預防電池熱失控進行電池熱管理控制一直是被企業重點關注的問題。為了保證鋰電池的最佳性能、安全性和使用壽命，鋰電池必須在特定的溫度范圍內工作，而如何有效的預防鋰電池熱失控進行熱管理是企業面臨的嚴峻挑戰。海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件可以為電池熱失控和熱管理提供全新解決方案。 Cradle CFD軟件具備鋰電池的簡易平衡模型，同時還具備詳細電化學P2D模型，可以對單電池以及整體電池包進行熱仿真。針對電池熱失控問題，現有1D-3D耦合方法計算量大、輸入參數多、計算時間長等問題存在，Cradle CFD軟件開發了新的電池組的半經驗模型，可以給工程師提供高效的工作流程，快速計算開發出強大的鋰電池產品。 本期海克斯康直播講堂請到了流體仿真專家李晶博士為我們詳細講解鋰電池熱失控和熱管理全新解決方案，同時幫助用戶了解并結合機器學習優化新能源電控系統解決方案，最后傳遞IGBT等快速傳熱分析所用的BCI-ROM新方法，超多干貨，精彩不容錯過！ 8月8日 14:00 ▲ 掃碼參與報名立即預定 直播內容聚焦 ?? 電池整體解決方案： 解決多尺度問題 解決多物理場問題 ?? 電池熱安全解決方案； ?? BCI-ROM解決方案。
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Veith等人[10]試圖在根源上避免外力導致的鋰電池內短路發生，設計了一種具有剪切增稠特性的電解液（圖3），該電解液利用非牛頓流體的特性，在正常狀態下，電解液呈現液體狀態，在遭遇突然的沖擊后則會呈現固體狀態，變得異常堅固，甚至能夠達到防彈的效果，從而從根源上避免了在動力電池發生碰撞時電池內短路導致熱失控的風險。 圖3. 剪切增稠電解液示意圖 五、導電劑與粘結劑 導電劑與粘結劑的種類與數量也影響著電池的熱穩定性，粘結劑與鋰在高溫下反應產生大量的熱，不同粘結劑發熱量不同 , PVDF 的發熱量幾乎是無氟粘結劑的2倍 ,用無氟粘結劑代替PVDF可以提高電池的熱穩定性。Jigang Zhou等人[11]最近還通過將復雜復合電極熱失控前后的相分布進行單個電極顆粒層面的成像，并將多種相分離現象在熱失控前后的相關性進行了納米級別的可視化，發現熱失控可能與導電劑以及粘結劑的分布呈現密切的相關性。他們創新性地將具有元素及軌道選擇性、化學與電子結構敏感性的透射X光掃描顯微技術(PEEM)用于研究熱失控下鈷酸鋰層狀電極顆粒在多孔電極中相分離中的行為。熱失控前后相分離在單個電極顆粒層面呈現出超乎預測的不均勻化。這種不均勻化與顆粒尺寸、晶面結構相關性不明顯，但與導電劑以及粘結劑的分布呈現密切的相關性。 鋰離子電池熱失控嚴重威脅著使用者的生命還財產安全，提高鋰離子電池的安全性、避免熱失控的發生不僅需要從電池材料上做出改變，還需要結合電池配方設計、結構設計和電池組的熱管理設計上多管齊下，共同提高鋰電池熱穩定性，減少熱失控發生的可能性。 來源：材料人
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熱失控有三個過程，誘發、發生到蔓延，其中引發熱失控的主要原因是過熱、過充、內短路、碰撞等因素。 在鋰離電池熱失控早期，由于電池溫度、放電電壓、放電電流等特征識別參數的變化非常緩慢，通過現代 BMS 無法及早地監測到電池故障，而此時電池內部電化學反應會產生大量的氣體物質，因此，利用氣體檢測傳感器來實現鋰離子電池熱失控早期預警是最有效的辦法。 從餅圖中可看出，電池在熱失控過程中產生這些主要氣體的組分構成非常類似，如圖所示 氣體成分主要為二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、一氧化碳(CO)，其余小部分氣體主要為小分子烴類物質(CH4、C2H4等)。 我們可以從動力鋰電池熱失控時產生的大量氣體入手，鋰離子電池熱失控的時候，電池內部會有大量的一氧化碳釋放出來。所以我們可以通過檢測一氧化碳的濃度來判斷電池熱失控。在這里工采網給大家推薦一款紐扣式一氧化碳傳感器（CO傳感器）TGS5141： TGS5141-P00 紐扣式一氧化碳傳感器TGS5141，該傳感器具有靈敏度高、可靠性好、壽命長等優點，非常適用于電池熱失控檢測。 CO傳感器TGS5141是可電池驅動的電化學式傳感器，使用一個特殊的電極取代了儲水器，由于去除了TGS5042中使用的儲水器，TGS5141與TGS5042相比，其外形尺寸縮減到只有后者的10％大小。非常適用于高集成電子產品，對CO的靈敏度高、將CO濃度線性輸出，設計方便，自帶出廠預標定靈敏度系數，方便用戶使用與性能追溯，壽命長達10年以上。
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鋰電池熱失控圖2

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鋰電池熱失控的最新內容

作品名稱：大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間相變吸熱與噴發研究 作者： 王佩犇 | 中國農業大學 博士生 關鍵詞：磷酸鐵鋰電池，熱失控建模，噴發降溫，電解液沸騰 作者說 Ansys Fluent求解器穩定可靠，成熟的仿真能做好，難的仿真它能做，開發模型總能快人一步。在面向工程時經常出現的新現象，在明晰機理后總能通過Ansys軟件建立模型。
氫氣是鋰電池熱失控初期最先釋放的特征氣體之一，且擴散速度快、響應靈敏。通過部署能夠探測500 ppm低濃度氫氣的傳感器，系統可在電芯泄放氣體但尚未大量積聚時，就捕捉到異常信號。
盡管船上有滅火系統，但在鋰電池熱失控引發的火情面前，傳統的手段收效甚微。最終，全員棄船逃生，船只沉沒。 2025年，中國新能源汽車出口261.5萬輛。乘船出海，將是未來中國汽車行業的常態。 船舶消防壓力很大，汽車動力電池的熱失控風險，以及高溫、毒煙和高復燃率，使得火災復雜性指數級上升。
目前，100Ah以上的三元鋰電池在電動汽車上得到了廣泛應用，而大容量三元鋰離電池發生熱失控后可能會誘發更為嚴重的火災事故。為此本案例針對117Ah三元鋰方形電池，在Fluent中使用UDF/UDS定義了SEI膜分解、負極與電解液反應、正極分解反應、電解質分解等過程，并利用T2之后溫度與溫升速率的函數關系得到內短路產熱的表達式。
談周妥 中興通訊股份有限公司 熱設計工程師 通訊產品隧道&抱桿流固耦合抗風Ansys解決方案 余磊 中興通訊股份有限公司 力學設計工程師 Ansys Fluent電池模塊新功能及應用場景拓展 陳桂杰 Ansys主任應用工程師 大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間電解液相變吸熱與噴發研究
談周妥 中興通訊股份有限公司 熱設計工程師 通訊產品隧道&抱桿流固耦合抗風Ansys解決方案 余磊 中興通訊股份有限公司 力學設計工程師 Ansys Fluent電池模塊新功能及應用場景拓展 陳桂杰 Ansys主任應用工程師 大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間電解液相變吸熱與噴發研究
10:40 -11:00 茶歇 11:00 -11:20 Ansys Fluent電池模塊新功能及應用場景拓展 陳桂杰 Ansys主任應用工程師 11:20 -11:40 大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間電解液相變吸熱與噴發研究
? ? ? 王佩犇 | 中國農業大學 博士生 作品名稱：大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間相變吸熱與噴發研究 作品簡介：磷酸鐵鋰電池在儲能電站中應用廣泛，但其潛在的熱失控行為對電站安全構成威脅。大容量磷酸鐵鋰電池的熱失控行為呈現三維傳播特性，熱失控期間其內部電解液沸騰使得傳熱行為復雜，制約了高安全電池設計。
10:40 -11:00 茶歇 11:00 -11:20 Ansys Fluent電池模塊新功能及應用場景拓展 陳桂杰 Ansys主任應用工程師 11:20 -11:40 大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間電解液相變吸熱與噴發研究
兩相散熱器結冰鼓脹失效機理的仿真研究 余磊 | 中興通訊股份有限公司 力學設計工程師 演講主題：通訊產品隧道&抱桿流固耦合抗風Ansys解決方案 陳桂杰 | Ansys主任應用工程師 演講主題：Ansys Fluent電池模塊新功能及應用場景拓展 王佩犇 | 中國農業大學 博士生 演講主題：大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間電解液相變吸熱與噴發研究