鋰離子
關(guān)注創(chuàng)建者：vision 創(chuàng)建時間：2021-02-20
鋰離子的視頻教程
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(yè)的設(shè)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(jié)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(wěn)定性，在極端條件下發(fā)生火災(zāi)爆炸的幾率很大，所以鋰電池的安全性成為動力電池最關(guān)注的問題之一
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高精度的鋰離子電池建模與仿真
高精度的鋰離子電池建模與仿真主要內(nèi)容： 電池建模的必要性 電池建模所面臨的問題與挑戰(zhàn) 利用測試數(shù)據(jù)建立精確的電池模型 電池模型仿真與應(yīng)用
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鋰離子的實例教程
正如在這份有關(guān) 模擬鋰離子電池的白皮書中所指出的那樣，分解反應(yīng)會放熱，也就是說，一旦這一過程開始，溫度就會持續(xù)上升并加劇分解反應(yīng)，這就是熱失控現(xiàn)象。熱的逸散就是一種潛在的火災(zāi)危險來源。
通過模擬與仿真改進(jìn)鋰離子電池設(shè)計
在 COMSOL Multiphysics 的幫助下，您可以觀察并更好地理解鋰離子電池內(nèi)的溫度分布。在電池與燃料電池模塊中的三維柱狀鋰離子電池的傳熱模擬中，耦合了鋰離子電池的傳熱化學(xué)和離子流動。使用共軛傳熱接口研究了該三維鋰離子電池傳熱模型中的空氣冷卻。
傳熱模型的組成部分。
下面的模型顯示了經(jīng)過 1,500 秒的充電后，電池溫度和流動的流線。最高溫度位于電池活性材料中，越靠近熱絕緣端的溫度越低。因此，電池中的該區(qū)域更容易發(fā)生老化和降解。
鋰離子電池中的溫度分布。
展開 由于公眾號很多朋友留言對鋰離子動力電池的興趣，期望可以對動力鋰離子電池相關(guān)技術(shù)進(jìn)行更多學(xué)習(xí)，本公眾號秉持著非盈利且對知識分享的想法，對福建農(nóng)林大學(xué)的劉嘉、晏裕康等撰寫的文章《鋰離子動力電池壽命預(yù)測的研究進(jìn)展》進(jìn)行分享，更多詳情請感興趣的朋友可以從知網(wǎng)或其他平臺中及電源技術(shù)期刊下載完整文章，文章DOI
號為《
10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.005
》。
文章分享如下，
鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電率低、無記憶等優(yōu)點。但是鋰離子電池循環(huán)壽命短的問題制約了電動汽車的應(yīng)用與推廣，所以有必要對鋰離子電池循環(huán)壽命的影響因素進(jìn)行分析，同時對鋰離子電池的健康狀態(tài)(SOH)估計進(jìn)行評估，對其壽命進(jìn)行預(yù)測，對系統(tǒng)安全、防止災(zāi)難事故有著重大意義。
1、影響因素
鋰離子電池壽命的影響因素主要包括：外部影響因素，例如荷電狀態(tài)、溫度、充放電倍率、電池單體的不一致性、電池內(nèi)阻等；電池內(nèi)部的老化，造成鋰離子電池性能降低和剩余容量衰減。
展開 再次是學(xué)科領(lǐng)域相關(guān)：computational fluid dynamic(計算流體動力學(xué))、Li-Ion Battery(鋰離子電池)、microelectromechanical system(微機(jī)電系統(tǒng))、energy harvesting(能量收集)、microfluidics(微流體)、sensor(傳感器)等，展現(xiàn)了軟件的熱門研究方向；注意到，其中鋰離子電池占著很大的比重。因此，將文獻(xiàn)檢索范圍縮小到鋰離子電池領(lǐng)域，如圖11(d)所示。紅色聚類出現(xiàn)的關(guān)鍵詞：thermal runaway(熱失控)、heat-transfer(傳熱)、optimization(極化)等；綠色聚類出現(xiàn)的關(guān)鍵詞：deposition(沉積)、Li metal anode(鋰金屬負(fù)極)、electrodeposition(電沉積)、solid electrolyte interface(固體電解質(zhì)界面)等；藍(lán)色聚類出現(xiàn)的關(guān)鍵詞：Li-ion(鋰離子)、diffusion(擴(kuò)散)、transport(傳輸)、charge(充電)、discharge(放電)、capacity fade(容量衰減)等。因此，當(dāng)前軟件主要聚焦于鋰離子電池中出現(xiàn)的熱失控、鋰枝晶生長、正極容量衰減、電解質(zhì)內(nèi)的鋰離子傳輸?shù)染唧w問題。相較于圖9(c)，圖9(d)涉及的有關(guān)物理場的關(guān)鍵詞有所減少，說明COMSOL Multiphysics在鋰離子電池中的應(yīng)用仍具有較大的開發(fā)潛力，仍有很大的應(yīng)用和研究空間。
展開 據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》12月27日報道，1次充電可行駛相當(dāng)于東京至大阪的500公里的鋰離子電池技術(shù)開發(fā)在日本正日趨活躍。積水化學(xué)工業(yè)的技術(shù)已經(jīng)具備取得突破的頭緒，旭化成也已接近。均能采用現(xiàn)有的電極，預(yù)計到本世紀(jì)20年代前半期實現(xiàn)實用化。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省將扶持充分發(fā)揮電池性能的技術(shù)開發(fā)。在世界范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向純電動汽車(EV)的趨勢正在加速，如果作為課題的續(xù)航距離大幅延長，以鋰離子電池為主角的時代或?qū)⒗^續(xù)持續(xù)。
如果在完全充電狀態(tài)下可行駛500公里，將匹敵汽油車的性能。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省等認(rèn)為這是純電動汽車普及的條件之一，提出2030年達(dá)成的目標(biāo)。純電動汽車迅速普及的中國結(jié)束了對續(xù)航距離低于150公里的車型的補(bǔ)貼，增加了續(xù)航距離長的車型的補(bǔ)貼。
鋰離子電池于1991年商品化，被用于筆記本電腦和攝像機(jī)等。2009年被用于量產(chǎn)型純電動汽車。完全充電可行駛的距離在200公里左右。一般認(rèn)為2010年代初以當(dāng)時的技術(shù)難以達(dá)到500公里，到2030年前后將被全固體電池等新一代電池取代。
新一代電池的開發(fā)在世界范圍內(nèi)日趨活躍，但技術(shù)上的課題很多。另一方面，鋰離子電池的技術(shù)開發(fā)取得進(jìn)展，500公里的突破日趨具有現(xiàn)實可能性。研究人員等預(yù)測“鋰離子電池還能繼續(xù)使用10年左右”。
鋰離子電池通過鋰離子在正負(fù)電極間移動來產(chǎn)生電力和進(jìn)行充電。要增加電池的容量，有必要增加電極中存儲的離子，或減少內(nèi)部電阻，使電子通過更加容易。
積水化學(xué)開發(fā)的是用于正極的技術(shù)，在加入的炭材料的結(jié)構(gòu)上下功夫，使電子流動更容易。擴(kuò)大正極之中電子通過的通道，電子流動更加順暢，達(dá)到以往的10倍左右。除了大量獲得發(fā)生的電流之外，電極不易損壞，耐久性得到提高。
將使正極加厚，以便更多取得鋰離子。在實驗中，電池的容量提高了3成左右。可將續(xù)航距離從現(xiàn)在的400公里提高至超過500公里的水平。
展開 “COMSOL多物理場耦合仿真技術(shù)與應(yīng)用-鋰離子電池”
1. COMSOL 仿真基礎(chǔ)
1.1 數(shù)值仿真基本要素及其在 COMSOL 中的對應(yīng)
1.1.1 模型參數(shù)與變量
1.1.2 物理場添加及電解條件設(shè)置
1.1.3 模型構(gòu)建與網(wǎng)格劃分
1.1.4 求解器類型與設(shè)置
1.1.5 后處理及數(shù)據(jù)分析
1.2 COMSOL 中鋰離子電池接口介紹
1.2.1 電池基本物理過程及控制方程
1.2.2 常用電池邊界條件及初始條件
1.2.3 常用電池電極材料參數(shù)設(shè)置
2. 鋰離子電池 P2D 模型
2.1 P2D 模型的理解與分析
2.2 COMSOL 中電池 P2D 模型構(gòu)建
2.2.1 模型參數(shù)輸入
2.2.2 模型構(gòu)建及模型材料設(shè)置
2.2.3 電池物理方程及參數(shù)設(shè)置
2.2.4 網(wǎng)格劃分與求解器設(shè)置
2.3 電池典型充放電過程仿真及后處理技巧
3. 鋰離子電池電化學(xué)-熱耦合模型
3.1 P2D 電化學(xué)模型與電池?zé)崮Ｐ婉詈?3.2 電池集總參數(shù)模型及其與電池?zé)崮Ｐ婉詈?3.3 兩種電池電(化學(xué))-熱耦合模型的區(qū)別及應(yīng)用場景
3.4 圓柱形或方形鋰離子電池建模及仿真演示 (二選一)
4. 鋰離子電池衰退模型及仿真
4.1 COMSOL 中電池充放電循環(huán)仿真
4.1.1 電池充放電循環(huán)邊界條件設(shè)置
4.1.2 電池加速衰退設(shè)置
4.1.3 電池充放電循環(huán)仿真后處理技巧
4.2 鋰離子電池常見衰退現(xiàn)象及其數(shù)學(xué)描述
4.2.1 負(fù)極 SEI 膜增厚過程仿真
4.2.2 活性鋰損失計算
4.3 鋰離子電池衰退模型構(gòu)建及仿真演示
5.
展開 
鋰離子的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
鋰離子的最新內(nèi)容
鋰電熱失控時，電池釋放的氣體成分
鋰離子電池在出現(xiàn)異常時，會產(chǎn)生多種氣體成分，包括氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）以及烴類VOC氣體（如碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC等）。這些烴類VOC氣體通常是電解液中的有機(jī)溶劑或其熱分解物。一旦鋰離子電池異常發(fā)熱，樹脂材質(zhì)部件和電解液就會開始熱分解，隨著內(nèi)部溫度的上升，各種氣體逸散出來。
本文原刊登于Ansys.com：《How Simulation Boosts Efficiency in EV Battery Manufacturing》
作者：Laura Carter | Ansys 高級市場傳播經(jīng)理
編輯整理：陳桂杰 | Ansys主任應(yīng)用工程師
Ansys助力解決固態(tài)電池解決方案的迫切需求
電池工藝商面臨的一項持續(xù)挑戰(zhàn)是尋求更安全、更高效的鋰離子電池替代品
展示范圍：
1、純電動汽車、混合動力汽車（乘用車、商用車）；
2、驅(qū)動系統(tǒng)：HV/EV驅(qū)動系統(tǒng)、輪轂電機(jī)系統(tǒng)、48V技術(shù)；
3、可充電電池，下一代電池技術(shù)：鋰電池、聚合物鋰電池、鉛蓄電池、NaS電池、二次空氣電池、薄膜鋰離子電池、鎳金屬氫化物（NiMH）電池、鎳鎘電池、電容，電容器、電池制造技術(shù)、電池元件及材料等；
4、電機(jī)技術(shù)：驅(qū)動電機(jī)、車載發(fā)電機(jī)、電磁鐵、線圈、電磁鋼板、軸承、鐵芯
電池包/電池組：電池包由大量電池（通常是鋰離子電池）組成，這是主要儲能機(jī)制。鋰離子電池具有高能量密度，每單位體積可存儲大量能量。燃料電池是另一種儲能方法。
電池包還包含電池管理系統(tǒng)（BMS），可提供防止過度充電或放電的策略，以確保電池的安全運行。
車載充電器：車載充電器將來自外部充電電源（電網(wǎng)）的交流電（AC）電源轉(zhuǎn)換為直流（DC）電源，存儲在電池中。
“鋰離子電池制造的廢料成本每年可達(dá)數(shù)千萬美元，而劣質(zhì)成本（例如召回）則可耗費數(shù)十億美元，”Westerberg道。
仿真可實現(xiàn)必要的預(yù)測建模，以幫助降低影響生產(chǎn)的各種風(fēng)險。
Westerberg說：“我們與Ansys的合作幫助我們從自動化轉(zhuǎn)向閉環(huán)自主系統(tǒng)，這不僅減少了人工干預(yù)，而且還提高了一致性。
太冷，鋰離子活性變差，電池內(nèi)阻增大，放電容量下降，續(xù)航雪崩。太熱，鋰離子過于活躍，不小心就“中暑”。輕則壽命減短，重則燒給你看。
為了伺候好這位嬌貴的主，工程師給電池設(shè)計了一套專門熱管理系統(tǒng)。核心部件之一是水冷板，一塊挖了很多溝槽的板子。
目前主流的熱管理方案是液冷，冷卻液在水泵作用下在溝槽中循環(huán)。
根據(jù)中國海關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在2022年1-9月，越南從中國進(jìn)口的鋰離子電池數(shù)量為5.68億個，較上年同期同比增長22.7%，高于同期印度、中國香港、韓國等地從中國進(jìn)口的數(shù)量占比。
參考案例-電池-電熱建模：電池包冷卻
參考案例-電池-熱失控：電池包放熱和通風(fēng)
參考案例-電池-Simcenter STAR-CCM+ Batteries：電芯熱分析
參考案例-電池-圓柱型電池單元：電池單元熱分析
參考案例-電池-鋰離子電池單元模型：電池單元電化學(xué)分析
· 電機(jī)與電控 (eMotor & Inverter)：分析電機(jī)水套冷卻效率和控制器的散熱性能。
損傷結(jié)果
圖9 壽命結(jié)果
圖10 應(yīng)力均方根
四、結(jié)果評價
對電池包支架進(jìn)行振動疲勞分析，可以將電池包振動疲勞分析整個流程固化下來，包括PSD載荷、求解參數(shù)設(shè)置等，若后續(xù)需要更新模型或材料，直接在此模型上進(jìn)行修改即可完成振動疲勞分析；通過分析可以預(yù)測電池包的支架疲勞損傷是否滿足要求，如本例中根據(jù)《GBT 31467.3-2015 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)
獲獎項目針對鋰離子電池極端工況仿真預(yù)測難題，基于天洑自研AICFD智能熱流體仿真軟件，通過多物理場模型寬溫域拓展、電池高精度-輕量化仿真及動態(tài)模型在線更新三項技術(shù)創(chuàng)新，突破了在極端環(huán)境溫度下多物理場精準(zhǔn)模擬的行業(yè)瓶頸。該技術(shù)顯著增強(qiáng)了寬溫域仿真技術(shù)的泛化能力，大幅提升了所創(chuàng)鋰離子電池全溫域精細(xì)化仿真技術(shù)在電、熱仿真精度。
