電池?zé)崽匦缘陌咐?/h1> 不同老化路徑對鋰離子電池熱失控行為影響對比研究 電解液消耗副反應(yīng)會導(dǎo)致電池內(nèi)阻急劇增加，但反應(yīng)的具體機理目前仍未清楚。在熱失控特性演變方面，電池正極材料的熱穩(wěn)定性在全生命周期內(nèi)無明顯變化，電池?zé)?/em>失控特性演變主要取決于負(fù)極材料+電解液反應(yīng)體系的變化。其中，負(fù)極析鋰將導(dǎo)致電池?zé)?/em>失控溫升速率明顯增加，T1和T2大幅降低，熱失控特性急劇變差。負(fù)極SEI膜增厚本身對電池?zé)?/em>失控特性影響不大。然而，當(dāng)SEI膜增厚消耗大量的可用鋰離子，引起負(fù)極嵌鋰量明顯下降時，電池負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性將會提升，相應(yīng)地，電池的熱失控特性也會變好，具體表現(xiàn)為自產(chǎn)熱起始溫度T1升高，熱失控溫升速率降低。電解液消耗將導(dǎo)致電池?zé)?/em>失控釋放的總能量減少，最高溫度T3降低。
4.總結(jié)
作者研究了不同老化路徑對鋰離子電池?zé)?/em>失控行為的影響，發(fā)現(xiàn)老化過程中正極發(fā)生的副反應(yīng)（包括正極顆粒破碎、CEI膜增厚以及過渡金屬溶解等）對電池?zé)?/em>失控特性演變無明顯影響，電池全生命周期熱失控特性演變主要取決于負(fù)極材料+電解液反應(yīng)體系產(chǎn)熱特性的變化。具體地，電解液消耗會引起電池?zé)?/em>失控釋放的總能量減少，最高溫度T3降低。SEI膜增厚引起的負(fù)極嵌鋰量明顯下降將導(dǎo)致負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性提升，引起電池自產(chǎn)熱起始溫度T1升高，熱失控溫升速率降低。然而，負(fù)極析鋰將導(dǎo)致電池的絕熱熱失控性能急劇變差，具體表現(xiàn)為熱失控溫升速率明顯增加，T1和T2大幅降低。
—— 感謝閱讀 —— 展開 仿真模型 | 圓柱鋰電池表面自然對流換熱系數(shù)仿真估算 仿真模型
導(dǎo)語
據(jù)悉，為研究鋰離子電池?zé)崽匦?/em>機理，針對電池表面自然對流換熱系數(shù)展開研究，通過實驗得到了電池基本生熱參數(shù)并以此建立了單體鋰離子電池生熱模型，仿真分析了恒溫條件下不同放電電流的表面自然對流換熱系數(shù)。
鋰離子電池因其高比能量特性而被廣泛應(yīng)用于電動乘用車輛，其使用壽命受到自放電率、溫度等因素的制約。
研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池舒適溫度需要控制在20~35 ℃之間，溫度過高時，其不可逆反應(yīng)加劇容易產(chǎn)生自放電、熱失控等安全事故；溫度過低，則會使其容量和功率發(fā)生明顯下降。
因此，為了改善電動汽車單電池及電池成組后的安全性能，需建立較精確熱仿真模型，以此來預(yù)測動力鋰離子電池內(nèi)部溫度分布狀況及熱傳遞過程，從而精確分析出鋰離子電池?zé)?/em>失控因素。
01
導(dǎo)讀
目前，國內(nèi)外均針對鋰離子電池?zé)?/em>模型和熱行為進(jìn)行了相關(guān)研究。早期美國D.Bernardi等[1]通過研究電池溫度特性提出了電池生熱率模型，之后通過研究人員的不斷發(fā)展研究，鋰離子電池?zé)?/em>模型已經(jīng)呈現(xiàn)多維度趨勢發(fā)展；
Chen等[2]通過研究電池三維分層電化學(xué)-熱耦合模型仿真驗證了單體電池和成組電池包溫度分布的真實性；Lopez等[3]通過熱濫用模型實驗驗證了圓柱電池?zé)?/em>響應(yīng)能力比棱柱電池小；Chacko等[4]將電-熱模型應(yīng)用到恒流勻速和變電流工況中，研究發(fā)現(xiàn)變電流對電池溫升影響較高。
本文在前人研究基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)仿真中將對流換熱系數(shù)、電壓溫度系數(shù)設(shè)定為常數(shù)，通過變化的電壓溫度系數(shù)來估算對流換熱系數(shù)，以此來達(dá)到更高的溫度仿真精度。 展開 基于Icepak的船舶儲能電池散熱特性仿真分析 摘 要：目前全電船舶儲能系統(tǒng)主要由鋰電池構(gòu)成，對其進(jìn)行合理的熱設(shè)計是保證儲能系統(tǒng)安全可靠運行的關(guān)鍵。以某型船用儲能電池包為研究對象，分別設(shè)計其風(fēng)冷和水冷散熱系統(tǒng)，基于Icepak軟件進(jìn)行兩類冷卻系統(tǒng)的散熱特性仿真及評估。通過改變風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的入口風(fēng)速、風(fēng)扇半徑、風(fēng)扇數(shù)量，以及液冷散熱系統(tǒng)的冷卻液流速、冷卻液入口溫度等參數(shù)，對比分析參數(shù)變化對系統(tǒng)散熱效果的影響，為全電船舶儲能系統(tǒng)散熱方案的選取和散熱系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：儲能電池包;風(fēng)冷散熱系統(tǒng);液冷散熱系統(tǒng);溫度分布;參數(shù)影響;
1 引言
隨著各國對航運節(jié)能減排的高度重視，一些新技術(shù)、新理念被應(yīng)用到了船舶的設(shè)計、建造和運營當(dāng)中。全電船舶作為其中極具代表性和發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一，被認(rèn)為是構(gòu)建未來綠色航運體系的重要一環(huán)[1]。全電船舶可看作是“移動的微電網(wǎng)”,而儲能系統(tǒng)則是其微電網(wǎng)的重要組成部分，承擔(dān)著平抑負(fù)荷波動，改善電能質(zhì)量的任務(wù)，可為船舶安全可靠的運行提供重要保障[2]。
目前，全電船舶的儲能系統(tǒng)以電池儲能為主，磷酸鐵鋰電池因其具有較高的安全性和較長的循環(huán)使用壽命，成為儲能電池的首選。由于鋰離子電池自身的特性，其在正常充放電過程中會產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致電池溫度升高。而全電船舶的儲能系統(tǒng)則是由大量的單體電池通過串并聯(lián)的方式構(gòu)成，加之船上空間狹小緊湊、相對封閉，這給儲能電池的散熱帶來了巨大挑戰(zhàn)。若不能采取有效的散熱措施，不僅影響儲能電池的工作性能和使用壽命，更有可能會引發(fā)電池?zé)?/em>失控，導(dǎo)致船舶失火等事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響船舶航行安全[3]。因此，對儲能電池進(jìn)行熱管理，分析其在不同散熱方式下的熱特性，以選取合適的冷卻方案，確保電池工作在合適的溫度區(qū)間，對保證船舶儲能系統(tǒng)安全可靠運行具有重要意義。
考慮到船舶運行環(huán)境的復(fù)雜性和設(shè)備運行的可靠性，在船舶電氣設(shè)備的熱設(shè)計中主要采用風(fēng)冷散熱和液冷散熱。 展開 熱仿真分享 | 動力電池PACK熱管理系統(tǒng)性能研究-STARCCM+ 摘要：為延長電池使用壽命，提高電池安全性，需要對電池進(jìn)行熱管理。電動汽車動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)在理論分析、仿真建模、實驗驗證基礎(chǔ)上開展設(shè)計工作，綜合考慮了電池產(chǎn)熱原理、產(chǎn)熱模型、發(fā)熱功率后，確定了基于液體的熱管理模式。使用CFD軟件對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，并對工程樣機熱管理有效性進(jìn)行了實驗驗證。
當(dāng)前，整個電動汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展。電池是電動汽車核心部件，電池的熱特性對整車性能、安全性、壽命及使用成本產(chǎn)生關(guān)鍵影響。
配置電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)是改善電池組熱特性關(guān)鍵措施之一，系統(tǒng)熱管理功能包括：(1)在電池溫度較高時進(jìn)行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；(2)在電池溫度較低時進(jìn)行預(yù)熱，提升電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；(3)減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)的形成，防止高溫電池過快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池?zé)?/em>管理按照能量提供的來源分為被動式冷卻和主動式冷卻，其中只利用周圍環(huán)境冷卻的方式為被動式冷卻。隨著國家對電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動式的自然冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿足電池散熱要求。當(dāng)前主要的主動式熱管理形式有空氣強制對流熱管理、液體熱管理、熱管熱管理和相變材料熱管理等，而液體熱管理受到越來越多廠商的青睞[2-4]，特別是國外車企對于液體熱管理技術(shù)研究起步早，已經(jīng)取得了一定成果，國內(nèi)還處于研究探索階段。公眾號-新能源電池?zé)?/em>管理。
TeslaMotors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內(nèi)部流動，傳輸電池產(chǎn)生的熱量。報告顯示在行駛約16萬公里后，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%～85%，而且容量衰減只與行駛里程數(shù)明顯相關(guān)，而與環(huán)境溫度、車齡關(guān)系不明顯[1,5]。 展開 
熱仿真分享 | 動力電池PACK熱管理系統(tǒng)性能研究-STARCCM+ 摘要：為延長電池使用壽命，提高電池安全性，需要對電池進(jìn)行熱管理。電動汽車動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)在理論分析、仿真建模、實驗驗證基礎(chǔ)上開展設(shè)計工作，綜合考慮了電池產(chǎn)熱原理、產(chǎn)熱模型、發(fā)熱功率后，確定了基于液體的熱管理模式。使用CFD軟件對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，并對工程樣機熱管理有效性進(jìn)行了實驗驗證。
當(dāng)前，整個電動汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展。電池是電動汽車核心部件，電池的熱特性對整車性能、安全性、壽命及使用成本產(chǎn)生關(guān)鍵影響。
配置電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)是改善電池組熱特性關(guān)鍵措施之一，系統(tǒng)熱管理功能包括：(1)在電池溫度較高時進(jìn)行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；(2)在電池溫度較低時進(jìn)行預(yù)熱，提升電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；(3)減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)的形成，防止高溫電池過快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池?zé)?/em>管理按照能量提供的來源分為被動式冷卻和主動式冷卻，其中只利用周圍環(huán)境冷卻的方式為被動式冷卻。隨著國家對電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動式的自然冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿足電池散熱要求。當(dāng)前主要的主動式熱管理形式有空氣強制對流熱管理、液體熱管理、熱管熱管理和相變材料熱管理等，而液體熱管理受到越來越多廠商的青睞[2-4]，特別是國外車企對于液體熱管理技術(shù)研究起步早，已經(jīng)取得了一定成果，國內(nèi)還處于研究探索階段。公眾號-新能源電池?zé)?/em>管理。
TeslaMotors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內(nèi)部流動，傳輸電池產(chǎn)生的熱量。報告顯示在行駛約16萬公里后，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%～85%，而且容量衰減只與行駛里程數(shù)明顯相關(guān)，而與環(huán)境溫度、車齡關(guān)系不明顯[1,5]。 展開 電動汽車電池熱管理風(fēng)冷與液冷 鋰離子電池包熱管理的要求是根據(jù)鋰離子電池發(fā)熱機理,合理設(shè)計電池包結(jié)構(gòu),選擇合適的熱管理方式,合理設(shè)計熱管理策略,保證電池包內(nèi)各個單體電池工作在合理溫度范圍內(nèi)的同時盡量維持包內(nèi)各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。
動力蓄電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)(BTMS,Battery Thermal Management System)對純電動汽車在各種環(huán)境下的動力性有至關(guān)重要的影響。通過研究分析鋰離子電池產(chǎn)熱原理,BTMS傳熱冷卻方式,及風(fēng)冷散熱和液冷散熱方案的比較,說明液冷散熱效果好于風(fēng)冷,液冷散熱將是未來適合復(fù)雜工況的大功率鋰離子動力電池?zé)?/em>管理的重要研究方向。
動力蓄電池作為純電動汽車的動力來源,是提高整車性能和降低成本的關(guān)鍵一環(huán),其溫度特性直接影響電動車的性能、壽命和耐久性。鋰離子電池因比能大、循環(huán)壽命長、自放電率低、允許工作溫度范圍寬、低溫效應(yīng)好等優(yōu)點是電動車目前首選的動力電池。鋰離子電池包熱管理的要求是根據(jù)鋰離子電池發(fā)熱機理,合理設(shè)計電池包結(jié)構(gòu),選擇合適的熱管理方式,合理設(shè)計熱管理策略,保證電池包內(nèi)各個單體電池工作在合理溫度范圍內(nèi)的同時盡量維持包內(nèi)各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。由于電池組中單體電池是互相串聯(lián)的,任何一只電池性能下降都會影響電池組的整體表現(xiàn)。溫差為5℃、10℃、15℃時,相同充電條件下電池組的荷電態(tài)分別下降10%、15%、20%。
鋰離子電池?zé)崽匦?/em>
電池在充放電過程中都會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),從而產(chǎn)生熱反應(yīng)。鋰離子動力電池的主要產(chǎn)熱反應(yīng)包括:電解液分解、正極分解、負(fù)極與電解液的反應(yīng)、負(fù)極與粘合劑的反應(yīng)和固體電解質(zhì)界面膜的分解。此外,由于電池內(nèi)阻的存在,電流通過時,會產(chǎn)生部分熱量。低溫時鋰離子電池主要以電阻產(chǎn)生的焦耳熱為主,這些放熱反應(yīng)是導(dǎo)致電池不安全的因素。電解液的熱安全性也直接影響著整個鋰電池的電池動力體系的安全性能。 展開 純電動汽車電池熱管理技術(shù)研究 國外通常研究的是鋰電池和鎳氫電池比較多，其研究方法也大多類似。研究鋰電池一般按照幾個模型進(jìn)行分析，分別是電化學(xué)-熱耦合模型、熱濫用模型和電-熱耦合模型，而鋰電池的熱特性分析通常使用熱濫用模型。這些研究分析模型都對應(yīng)著不同的分析范圍，不同的研究要求和研究條件就要選用不同的分析模型，這些模型的分析結(jié)果也不太相同，主要表現(xiàn)在分析結(jié)果的精度和可靠度上。混合動力汽車為提高能源利用率，可依照運行的策略來設(shè)計對應(yīng)的能量回收，如果電池處于一個大電流充電的狀態(tài)下，很可能會發(fā)生過充現(xiàn)象。這時，風(fēng)扇如果能帶走大部分熱量或者這種狀態(tài)持續(xù)的時間不長，電池包中的電池溫度不高，那么過充只有電解液的分解，這個時候電池還是安全的。可是，電池的散熱性如果不好的話，那么金屬氧化物的正極就會發(fā)生脫鋰現(xiàn)象，化學(xué)活性變強，電池溫度繼續(xù)升高，如果持續(xù)的時間過長，就會使電池發(fā)生熱失控。
2 動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)設(shè)計要求
動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)設(shè)計時，首先需考慮電池包適宜工作范圍，廣泛應(yīng)用的鋰離子電池正常工作溫度范圍為充電情況下0-55℃，放電情況下-20℃-60℃，最佳充放電溫度范圍為20℃-35℃，電池處于最佳溫度充放電時可使電池性能最優(yōu)及循環(huán)壽命最大化，且能有效的避免電池?zé)?/em>失控問題。確定動力電池系統(tǒng)最佳溫度范圍后，現(xiàn)階段純電動汽車大多采用液冷結(jié)構(gòu)，根據(jù)整車需求進(jìn)行熱管理系統(tǒng)匹配選型，同時參照動力電池系統(tǒng)工作需求，制定系統(tǒng)工作閾值，其中環(huán)境溫度的影響可根據(jù)實際電池的散熱需求調(diào)節(jié)，制定電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)最佳控制模式。 展開 基于鋰電池冷空氣通道的相變材料被動電池熱管理系統(tǒng)的熱性能增強 在替代傳統(tǒng)車輛內(nèi)燃機的現(xiàn)有選擇中，電力驅(qū)動的動力總成，包括電動機和機電電池似乎是最有前途的。
電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)分為有源 TMS、無源 TMS 和混合 TMS。被動熱管理系統(tǒng)，如熱管或受益于相變材料 (PCM) 的系統(tǒng)，可以在不消耗任何能量的情況下控制電池溫度。然而，它們的冷卻能力有限，這意味著它們的可靠性不能滿足汽車傳熱工程師的要求。另一方面，利用主動式 TMS 可以達(dá)到更大的冷卻能力，但要達(dá)到這一目的，需要消耗大量能量。此外，創(chuàng)建均勻的溫度分布被認(rèn)為是對這些 TMS 的大膽挑戰(zhàn)。在混合動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)中，結(jié)合了主動和被動TMS的優(yōu)點，并試圖盡可能地由另一方的角色來彌補缺點，然而，當(dāng)前對這種電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)的研究很少。
02
成果掠影
近期，伊朗科技大學(xué)汽車工程學(xué)院G.R. Molaeimanesh團隊研究出一種混合動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)（BTMS），基于相變材料的主動熱管理系統(tǒng)（TMS）和被動TMS的組合(PCM) 將電池溫度保持在合適的范圍內(nèi)，同時與被動 TMS 相比具有更好的冷卻效果，并且使用比主動 TMS 更少的能量。在整個研究中，該團隊對具有三種不同冷卻管道結(jié)構(gòu)和三種不同冷氣流壓力差的九個案例進(jìn)行了模擬和研究。結(jié)果表明，即使在最壞的情況下，溫度的升高也是安全的、可接受的，并且對于熱管理考慮來說足夠平穩(wěn)。電池的最高溫度從未超過 314 K，顯示出所提出的混合 BTMS 的完美能力。此外，人們可以注意到入口空氣越強大流或通過 PCM 體積的冷卻管道越長，電池表面溫度越低。此外，在所有模擬情況下，電池模塊內(nèi)電池的最大溫差不超過 1.6 °C，證明了所提出的混合 BTMS 在電池組內(nèi)創(chuàng)造均勻溫度分布方面的出色能力。 展開 電池熱分析及測試方法 IV
圖6(d)
140-260
正極/負(fù)極分別與電解液發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)放熱造成電池溫度繼續(xù)升高。隨著溫度的升高，反應(yīng)放熱速率逐漸加大。
V
圖6(e)
260-740
陶瓷涂層崩潰，電池內(nèi)部發(fā)生大規(guī)模內(nèi)短路，電池電壓急墜為零，并放出大量的熱。內(nèi)部高溫反應(yīng)同樣集中釋放出大量的熱量。瞬時累積的大量熱量帶來電池溫度的瞬間大幅升高，即熱失控發(fā)生。另外，生熱反應(yīng)也會產(chǎn)生大量的氣體，電池內(nèi)部壓力急劇升高，電池內(nèi)部物質(zhì)隨著高壓氣體噴出。
VI
圖6(f)
740-850
熱失控快速放熱后，部分殘留的放熱反應(yīng)還能夠?qū)?em>電池溫度再升高一段，直到達(dá)到最高溫度。
VII
圖6(g)
850-常溫
熱失控放熱反應(yīng)結(jié)束，殘余物降溫至常溫。
3. 熱失控觸發(fā)的原因
采用絕熱量熱儀（EV-ARC）來進(jìn)行熱失控特性的測試
4. 熱失控擴展分析
25 Ah 三元鋰離子電池（具有約0.1kWh的電能）熱失控時釋放出的能量約為630kJ，相當(dāng)于0.15 kg TNT當(dāng)量。而60 kWh 純電動車的動力電池系統(tǒng)而言，則相當(dāng)于釋放出 90 kg TNT當(dāng)量的能量。
傳遞途徑：
① 相鄰殼體之間導(dǎo)熱；
② 電池極柱的導(dǎo)熱；
③ 單體電池起火對周圍電池炙烤。
5.電池的產(chǎn)熱特性
5.1產(chǎn)熱來源
反應(yīng)熱（Qr）、焦耳熱（Qj）、極化熱（Qp）及分解熱（Qs）。 展開 熱仿真和熱特性優(yōu)化 在汽車LED車燈上的應(yīng)用 LED的光熱模型對于芯片的熱仿真意義重大。
本方案如圖所示，熱瞬態(tài)測試儀T3Ster能夠?qū)ED的光熱效應(yīng)進(jìn)行同時跟蹤；利用T3Ster主機可以實現(xiàn)LED熱阻模型的實驗，實驗結(jié)果可直接產(chǎn)生FloEFD仿真中所需的模型；同時配合Teral LED儀器，可以用積分球邊熱測試邊檢測LED光通量，實現(xiàn)了光熱一體化檢測方案，為使用者實現(xiàn)流明要求，且符合熱學(xué)要求，降低設(shè)計余量，進(jìn)行高精度設(shè)計，提供一個有力工具。
3.高精度輻射計算模型
相比離散傳遞、離散坐標(biāo)模型，高精度的蒙特卡洛模型在車燈系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。車燈中的外透鏡、內(nèi)透鏡等透明材料具有良好的透光性與一定的吸收特性，
FloEFD軟件在仿真計算中能夠考慮透明件固體吸收的特性；蒙特卡羅計算模型能較好地解決吸收，聚焦等系列問題，用戶可根據(jù)精度要求設(shè)定離散條帶個數(shù)和跟蹤射線個數(shù)；這種方法在LED,鹵素?zé)糨椛湫Ч该骷囟染_預(yù)報，太陽輻射問題高效預(yù)報等方面都發(fā)揮了很大作用。
二、PCB的設(shè)計與優(yōu)化
PCB在前大燈模組與控制單元，以及LED尾燈當(dāng)中具有廣泛的應(yīng)用，PCB對產(chǎn)品的成本有著關(guān)鍵的影響，因此提高設(shè)計精度，減少設(shè)計冗余則十分重要。
FloTHERM軟件和FloEFD軟件都可以對PCB做精細(xì)熱仿真，特別是FloTHERM軟件中可以綜合布線，過孔和各層特性來實現(xiàn)PCB和元器件的精細(xì)仿真。 展開 動力電池基本知識與特性 動力電池基本知識與特性 
利用Lumerical 有效實現(xiàn)太陽能電池光電特性仿真 5、 掃描負(fù)載電壓計算電流響應(yīng)
對于太陽能電池，短路電流和開路電壓是衡量其光電轉(zhuǎn)換效率的直接指標(biāo)。除此之外，可以通過進(jìn)一步計算得出電池的功率-電壓曲線，得出電池的最大功率工作點，這對電池的使用場景極為重要。
用戶在估測電池的開路電壓范圍的基礎(chǔ)上確定需要計算的負(fù)載電壓范圍，實現(xiàn)電流-電壓一一對應(yīng)的曲線結(jié)果計算。
注意掃描計算電壓取樣點越多，電流-電壓曲線越精細(xì)平滑。
6、 輸出與分析電學(xué)特性
在理想狀況下的電學(xué)模擬計算的理想短路電流（12.154 mA/cm^2）較光學(xué)模擬計算結(jié)果（13.8687 mA/cm^2）稍低（~12%），這是因為在模擬光學(xué)過程時并沒有考慮電極區(qū)域存在的陰影效應(yīng)（shadow effect，電極阻擋了部分入射光進(jìn)入電池），而模擬電學(xué)過程中必須加上電極。電學(xué)模擬從側(cè)面反映了電池中光生載流子的分離效率。
7、 電學(xué)因素分析
除了電池的伏安特性曲線和功率曲線可以計算以外，DEVICE模塊也為用戶提供了強大的其他電學(xué)因素計算分析。上圖展示了電池在光照條件下的電勢分布。此外，比如摻雜分布、載流子遷移速率、擴散長度、復(fù)合速率、熱效應(yīng)等都可以通過相關(guān)控件實現(xiàn)仿真模擬。通過優(yōu)化上述電學(xué)參數(shù)等可為光伏產(chǎn)品工作者提供方便快捷高效的研發(fā)預(yù)演和結(jié)構(gòu)設(shè)計評估。
最后,有相關(guān)需求歡迎通過微信公眾號聯(lián)系我們. 展開 基于COMSOL的太陽能電池多層介質(zhì)薄膜的吸收特性分析 ￥600 本案例膜層有45層， 由Al2O3,TiO2,SIN 等組成。每個材料的折射率又是波長相關(guān)。 計算要點介紹
1.多層介質(zhì)薄膜的吸收，反射，散射在COMSO如何計劃。
2.模型特別多層時，如何快速輸入，操作，不需要一層一層的輸入。
方法： 采用matlab 編程讀取膜系數(shù)據(jù)，然后聲場一些COMSOL 運行命令（方法），在點擊方法coating1 的運行，則多層介質(zhì)模型即可自動生成。 該方法特別適合，膜系數(shù)據(jù)特別多層，或需要研究不同膜系情況下規(guī)律，可快速更改。
本案例模型及相關(guān)操作見附件、收費內(nèi)容部分，凡購買本案例的朋友，結(jié)合附件中的模型及相關(guān)操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。 儲能電池的熱仿真及其產(chǎn)熱分析 導(dǎo)讀
Reading guide
隨著高新企業(yè)的蓬勃發(fā)展,人們的生活水平得到了顯著提升,而對能源的需求量也越來越大?為了減少對不可再生資源的依賴,開發(fā)新型的能源結(jié)構(gòu)迫在眉睫?在這樣的新形勢下,高效的能量儲存與轉(zhuǎn)換裝置顯得尤為重要,用以實現(xiàn)集中化?智能化及高效化的管理及應(yīng)用?智慧儲能的概念應(yīng)運而生?儲能作為一個配電設(shè)備?發(fā)電設(shè)備?傳輸設(shè)備以及用戶終端,其在電網(wǎng)的作用,極大地改善了電網(wǎng)對大量能源的適應(yīng)性?
目前,在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位的儲能技術(shù)大致分為4類:(1)抽水儲能;(2)儲熱;(3)電化學(xué)儲能;(4)機械儲能?鋰離子電池作為一款集比能量高?能量密度高?自放電率小?輸出功率大等諸多優(yōu)良特性的電池,在動力電池及儲能電池領(lǐng)域擁有極大的市場?可是鋰離子電池在實際應(yīng)用中還可能出現(xiàn)熱失控的問題?原因在于,鋰離子電池在充放電過程中,電池內(nèi)阻發(fā)熱?電極極化發(fā)熱及化學(xué)反應(yīng)放熱等會使電池溫度迅速升高 展開 采用電池冷卻方法的鋰離子電池熱管理策略：現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
由于全球變暖問題不斷加劇，對清潔能源替代品的需求持續(xù)增長，電動汽車電池憑借高效率、安全性和可靠性等特點，使電動汽車(EV)行業(yè)迎來了大幅增長。然而，這些電池也存在一些限制因素，盡管生產(chǎn)小型、安全、高性能、和可靠的電池有困難，但這也迫使電動汽車制造商在電池領(lǐng)域進(jìn)行更多的投資。近年來，電動汽車越來越受歡迎，為人們提供更多的舒適性和節(jié)省成本。
02
成果掠影
近期，韓國嶺南大學(xué)Gyu Sang Choi和Sung Chul Kim老師團隊分析了各種電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)(TMS-Bs)冷卻方法及其在可行性、成本和壽命方面的優(yōu)缺點，討論了熱失控(TR)機制，模型和策略，以減輕TRS問題。有效的TMS-B可以減輕電池的TR，并提高其性能和壽命。總體而言，TMS-B對于維持電動汽車中使用的LBS的最佳溫度范圍至關(guān)重要。一個有效的TMS-B可以減輕TR，并提高性能和壽命，然而，需要進(jìn)一步研究TMS-B的結(jié)構(gòu)、工作介質(zhì)、流道尺寸和液體填充能力，同時更好地理解電池、模塊和包裝如何應(yīng)對快速充電情況是十分必要的。 展開 電池?zé)崽匦缘南嚓P(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
不同老化路徑對鋰離子電池熱失控行為影響對比研究
電解液消耗副反應(yīng)會導(dǎo)致電池內(nèi)阻急劇增加，但反應(yīng)的具體機理目前仍未清楚。在熱失控特性演變方面，電池正極材料的熱穩(wěn)定性在全生命周期內(nèi)無明顯變化，電池?zé)?/em>失控特性演變主要取決于負(fù)極材料+電解液反應(yīng)體系的變化。其中，負(fù)極析鋰將導(dǎo)致電池?zé)?/em>失控溫升速率明顯增加，T1和T2大幅降低，熱失控特性急劇變差。負(fù)極SEI膜增厚本身對電池?zé)?/em>失控特性影響不大。然而，當(dāng)SEI膜增厚消耗大量的可用鋰離子，引起負(fù)極嵌鋰量明顯下降時，電池負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性將會提升，相應(yīng)地，電池的熱失控特性也會變好，具體表現(xiàn)為自產(chǎn)熱起始溫度T1升高，熱失控溫升速率降低。電解液消耗將導(dǎo)致電池?zé)?/em>失控釋放的總能量減少，最高溫度T3降低。
4.總結(jié)
作者研究了不同老化路徑對鋰離子電池?zé)?/em>失控行為的影響，發(fā)現(xiàn)老化過程中正極發(fā)生的副反應(yīng)（包括正極顆粒破碎、CEI膜增厚以及過渡金屬溶解等）對電池?zé)?/em>失控特性演變無明顯影響，電池全生命周期熱失控特性演變主要取決于負(fù)極材料+電解液反應(yīng)體系產(chǎn)熱特性的變化。具體地，電解液消耗會引起電池?zé)?/em>失控釋放的總能量減少，最高溫度T3降低。SEI膜增厚引起的負(fù)極嵌鋰量明顯下降將導(dǎo)致負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性提升，引起電池自產(chǎn)熱起始溫度T1升高，熱失控溫升速率降低。然而，負(fù)極析鋰將導(dǎo)致電池的絕熱熱失控性能急劇變差，具體表現(xiàn)為熱失控溫升速率明顯增加，T1和T2大幅降低。
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展開 仿真模型 | 圓柱鋰電池表面自然對流換熱系數(shù)仿真估算
仿真模型
導(dǎo)語
據(jù)悉，為研究鋰離子電池?zé)崽匦?/em>機理，針對電池表面自然對流換熱系數(shù)展開研究，通過實驗得到了電池基本生熱參數(shù)并以此建立了單體鋰離子電池生熱模型，仿真分析了恒溫條件下不同放電電流的表面自然對流換熱系數(shù)。
鋰離子電池因其高比能量特性而被廣泛應(yīng)用于電動乘用車輛，其使用壽命受到自放電率、溫度等因素的制約。
研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池舒適溫度需要控制在20~35 ℃之間，溫度過高時，其不可逆反應(yīng)加劇容易產(chǎn)生自放電、熱失控等安全事故；溫度過低，則會使其容量和功率發(fā)生明顯下降。
因此，為了改善電動汽車單電池及電池成組后的安全性能，需建立較精確熱仿真模型，以此來預(yù)測動力鋰離子電池內(nèi)部溫度分布狀況及熱傳遞過程，從而精確分析出鋰離子電池?zé)?/em>失控因素。
01
導(dǎo)讀
目前，國內(nèi)外均針對鋰離子電池?zé)?/em>模型和熱行為進(jìn)行了相關(guān)研究。早期美國D.Bernardi等[1]通過研究電池溫度特性提出了電池生熱率模型，之后通過研究人員的不斷發(fā)展研究，鋰離子電池?zé)?/em>模型已經(jīng)呈現(xiàn)多維度趨勢發(fā)展；
Chen等[2]通過研究電池三維分層電化學(xué)-熱耦合模型仿真驗證了單體電池和成組電池包溫度分布的真實性；Lopez等[3]通過熱濫用模型實驗驗證了圓柱電池?zé)?/em>響應(yīng)能力比棱柱電池小；Chacko等[4]將電-熱模型應(yīng)用到恒流勻速和變電流工況中，研究發(fā)現(xiàn)變電流對電池溫升影響較高。
本文在前人研究基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)仿真中將對流換熱系數(shù)、電壓溫度系數(shù)設(shè)定為常數(shù)，通過變化的電壓溫度系數(shù)來估算對流換熱系數(shù)，以此來達(dá)到更高的溫度仿真精度。
展開 基于Icepak的船舶儲能電池散熱特性仿真分析
摘 要：目前全電船舶儲能系統(tǒng)主要由鋰電池構(gòu)成，對其進(jìn)行合理的熱設(shè)計是保證儲能系統(tǒng)安全可靠運行的關(guān)鍵。以某型船用儲能電池包為研究對象，分別設(shè)計其風(fēng)冷和水冷散熱系統(tǒng)，基于Icepak軟件進(jìn)行兩類冷卻系統(tǒng)的散熱特性仿真及評估。通過改變風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的入口風(fēng)速、風(fēng)扇半徑、風(fēng)扇數(shù)量，以及液冷散熱系統(tǒng)的冷卻液流速、冷卻液入口溫度等參數(shù)，對比分析參數(shù)變化對系統(tǒng)散熱效果的影響，為全電船舶儲能系統(tǒng)散熱方案的選取和散熱系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：儲能電池包;風(fēng)冷散熱系統(tǒng);液冷散熱系統(tǒng);溫度分布;參數(shù)影響;
1 引言
隨著各國對航運節(jié)能減排的高度重視，一些新技術(shù)、新理念被應(yīng)用到了船舶的設(shè)計、建造和運營當(dāng)中。全電船舶作為其中極具代表性和發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一，被認(rèn)為是構(gòu)建未來綠色航運體系的重要一環(huán)[1]。全電船舶可看作是“移動的微電網(wǎng)”,而儲能系統(tǒng)則是其微電網(wǎng)的重要組成部分，承擔(dān)著平抑負(fù)荷波動，改善電能質(zhì)量的任務(wù)，可為船舶安全可靠的運行提供重要保障[2]。
目前，全電船舶的儲能系統(tǒng)以電池儲能為主，磷酸鐵鋰電池因其具有較高的安全性和較長的循環(huán)使用壽命，成為儲能電池的首選。由于鋰離子電池自身的特性，其在正常充放電過程中會產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致電池溫度升高。而全電船舶的儲能系統(tǒng)則是由大量的單體電池通過串并聯(lián)的方式構(gòu)成，加之船上空間狹小緊湊、相對封閉，這給儲能電池的散熱帶來了巨大挑戰(zhàn)。若不能采取有效的散熱措施，不僅影響儲能電池的工作性能和使用壽命，更有可能會引發(fā)電池?zé)?/em>失控，導(dǎo)致船舶失火等事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響船舶航行安全[3]。因此，對儲能電池進(jìn)行熱管理，分析其在不同散熱方式下的熱特性，以選取合適的冷卻方案，確保電池工作在合適的溫度區(qū)間，對保證船舶儲能系統(tǒng)安全可靠運行具有重要意義。
考慮到船舶運行環(huán)境的復(fù)雜性和設(shè)備運行的可靠性，在船舶電氣設(shè)備的熱設(shè)計中主要采用風(fēng)冷散熱和液冷散熱。
展開 熱仿真分享 | 動力電池PACK熱管理系統(tǒng)性能研究-STARCCM+
摘要：為延長電池使用壽命，提高電池安全性，需要對電池進(jìn)行熱管理。電動汽車動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)在理論分析、仿真建模、實驗驗證基礎(chǔ)上開展設(shè)計工作，綜合考慮了電池產(chǎn)熱原理、產(chǎn)熱模型、發(fā)熱功率后，確定了基于液體的熱管理模式。使用CFD軟件對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，并對工程樣機熱管理有效性進(jìn)行了實驗驗證。
當(dāng)前，整個電動汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展。電池是電動汽車核心部件，電池的熱特性對整車性能、安全性、壽命及使用成本產(chǎn)生關(guān)鍵影響。
配置電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)是改善電池組熱特性關(guān)鍵措施之一，系統(tǒng)熱管理功能包括：(1)在電池溫度較高時進(jìn)行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；(2)在電池溫度較低時進(jìn)行預(yù)熱，提升電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；(3)減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)的形成，防止高溫電池過快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池?zé)?/em>管理按照能量提供的來源分為被動式冷卻和主動式冷卻，其中只利用周圍環(huán)境冷卻的方式為被動式冷卻。隨著國家對電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動式的自然冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿足電池散熱要求。當(dāng)前主要的主動式熱管理形式有空氣強制對流熱管理、液體熱管理、熱管熱管理和相變材料熱管理等，而液體熱管理受到越來越多廠商的青睞[2-4]，特別是國外車企對于液體熱管理技術(shù)研究起步早，已經(jīng)取得了一定成果，國內(nèi)還處于研究探索階段。公眾號-新能源電池?zé)?/em>管理。
TeslaMotors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內(nèi)部流動，傳輸電池產(chǎn)生的熱量。報告顯示在行駛約16萬公里后，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%～85%，而且容量衰減只與行駛里程數(shù)明顯相關(guān)，而與環(huán)境溫度、車齡關(guān)系不明顯[1,5]。
展開 熱仿真分享 | 動力電池PACK熱管理系統(tǒng)性能研究-STARCCM+
摘要：為延長電池使用壽命，提高電池安全性，需要對電池進(jìn)行熱管理。電動汽車動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)在理論分析、仿真建模、實驗驗證基礎(chǔ)上開展設(shè)計工作，綜合考慮了電池產(chǎn)熱原理、產(chǎn)熱模型、發(fā)熱功率后，確定了基于液體的熱管理模式。使用CFD軟件對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，并對工程樣機熱管理有效性進(jìn)行了實驗驗證。
當(dāng)前，整個電動汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展。電池是電動汽車核心部件，電池的熱特性對整車性能、安全性、壽命及使用成本產(chǎn)生關(guān)鍵影響。
配置電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)是改善電池組熱特性關(guān)鍵措施之一，系統(tǒng)熱管理功能包括：(1)在電池溫度較高時進(jìn)行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；(2)在電池溫度較低時進(jìn)行預(yù)熱，提升電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；(3)減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)的形成，防止高溫電池過快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池?zé)?/em>管理按照能量提供的來源分為被動式冷卻和主動式冷卻，其中只利用周圍環(huán)境冷卻的方式為被動式冷卻。隨著國家對電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動式的自然冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿足電池散熱要求。當(dāng)前主要的主動式熱管理形式有空氣強制對流熱管理、液體熱管理、熱管熱管理和相變材料熱管理等，而液體熱管理受到越來越多廠商的青睞[2-4]，特別是國外車企對于液體熱管理技術(shù)研究起步早，已經(jīng)取得了一定成果，國內(nèi)還處于研究探索階段。公眾號-新能源電池?zé)?/em>管理。
TeslaMotors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內(nèi)部流動，傳輸電池產(chǎn)生的熱量。報告顯示在行駛約16萬公里后，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%～85%，而且容量衰減只與行駛里程數(shù)明顯相關(guān)，而與環(huán)境溫度、車齡關(guān)系不明顯[1,5]。
展開 電動汽車電池熱管理風(fēng)冷與液冷
鋰離子電池包熱管理的要求是根據(jù)鋰離子電池發(fā)熱機理,合理設(shè)計電池包結(jié)構(gòu),選擇合適的熱管理方式,合理設(shè)計熱管理策略,保證電池包內(nèi)各個單體電池工作在合理溫度范圍內(nèi)的同時盡量維持包內(nèi)各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。
動力蓄電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)(BTMS,Battery Thermal Management System)對純電動汽車在各種環(huán)境下的動力性有至關(guān)重要的影響。通過研究分析鋰離子電池產(chǎn)熱原理,BTMS傳熱冷卻方式,及風(fēng)冷散熱和液冷散熱方案的比較,說明液冷散熱效果好于風(fēng)冷,液冷散熱將是未來適合復(fù)雜工況的大功率鋰離子動力電池?zé)?/em>管理的重要研究方向。
動力蓄電池作為純電動汽車的動力來源,是提高整車性能和降低成本的關(guān)鍵一環(huán),其溫度特性直接影響電動車的性能、壽命和耐久性。鋰離子電池因比能大、循環(huán)壽命長、自放電率低、允許工作溫度范圍寬、低溫效應(yīng)好等優(yōu)點是電動車目前首選的動力電池。鋰離子電池包熱管理的要求是根據(jù)鋰離子電池發(fā)熱機理,合理設(shè)計電池包結(jié)構(gòu),選擇合適的熱管理方式,合理設(shè)計熱管理策略,保證電池包內(nèi)各個單體電池工作在合理溫度范圍內(nèi)的同時盡量維持包內(nèi)各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。由于電池組中單體電池是互相串聯(lián)的,任何一只電池性能下降都會影響電池組的整體表現(xiàn)。溫差為5℃、10℃、15℃時,相同充電條件下電池組的荷電態(tài)分別下降10%、15%、20%。
鋰離子電池?zé)崽匦?/em>
電池在充放電過程中都會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),從而產(chǎn)生熱反應(yīng)。鋰離子動力電池的主要產(chǎn)熱反應(yīng)包括:電解液分解、正極分解、負(fù)極與電解液的反應(yīng)、負(fù)極與粘合劑的反應(yīng)和固體電解質(zhì)界面膜的分解。此外,由于電池內(nèi)阻的存在,電流通過時,會產(chǎn)生部分熱量。低溫時鋰離子電池主要以電阻產(chǎn)生的焦耳熱為主,這些放熱反應(yīng)是導(dǎo)致電池不安全的因素。電解液的熱安全性也直接影響著整個鋰電池的電池動力體系的安全性能。
展開 純電動汽車電池熱管理技術(shù)研究
國外通常研究的是鋰電池和鎳氫電池比較多，其研究方法也大多類似。研究鋰電池一般按照幾個模型進(jìn)行分析，分別是電化學(xué)-熱耦合模型、熱濫用模型和電-熱耦合模型，而鋰電池的熱特性分析通常使用熱濫用模型。這些研究分析模型都對應(yīng)著不同的分析范圍，不同的研究要求和研究條件就要選用不同的分析模型，這些模型的分析結(jié)果也不太相同，主要表現(xiàn)在分析結(jié)果的精度和可靠度上。混合動力汽車為提高能源利用率，可依照運行的策略來設(shè)計對應(yīng)的能量回收，如果電池處于一個大電流充電的狀態(tài)下，很可能會發(fā)生過充現(xiàn)象。這時，風(fēng)扇如果能帶走大部分熱量或者這種狀態(tài)持續(xù)的時間不長，電池包中的電池溫度不高，那么過充只有電解液的分解，這個時候電池還是安全的。可是，電池的散熱性如果不好的話，那么金屬氧化物的正極就會發(fā)生脫鋰現(xiàn)象，化學(xué)活性變強，電池溫度繼續(xù)升高，如果持續(xù)的時間過長，就會使電池發(fā)生熱失控。
2 動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)設(shè)計要求
動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)設(shè)計時，首先需考慮電池包適宜工作范圍，廣泛應(yīng)用的鋰離子電池正常工作溫度范圍為充電情況下0-55℃，放電情況下-20℃-60℃，最佳充放電溫度范圍為20℃-35℃，電池處于最佳溫度充放電時可使電池性能最優(yōu)及循環(huán)壽命最大化，且能有效的避免電池?zé)?/em>失控問題。確定動力電池系統(tǒng)最佳溫度范圍后，現(xiàn)階段純電動汽車大多采用液冷結(jié)構(gòu)，根據(jù)整車需求進(jìn)行熱管理系統(tǒng)匹配選型，同時參照動力電池系統(tǒng)工作需求，制定系統(tǒng)工作閾值，其中環(huán)境溫度的影響可根據(jù)實際電池的散熱需求調(diào)節(jié)，制定電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)最佳控制模式。
展開 基于鋰電池冷空氣通道的相變材料被動電池熱管理系統(tǒng)的熱性能增強
在替代傳統(tǒng)車輛內(nèi)燃機的現(xiàn)有選擇中，電力驅(qū)動的動力總成，包括電動機和機電電池似乎是最有前途的。
電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)分為有源 TMS、無源 TMS 和混合 TMS。被動熱管理系統(tǒng)，如熱管或受益于相變材料 (PCM) 的系統(tǒng)，可以在不消耗任何能量的情況下控制電池溫度。然而，它們的冷卻能力有限，這意味著它們的可靠性不能滿足汽車傳熱工程師的要求。另一方面，利用主動式 TMS 可以達(dá)到更大的冷卻能力，但要達(dá)到這一目的，需要消耗大量能量。此外，創(chuàng)建均勻的溫度分布被認(rèn)為是對這些 TMS 的大膽挑戰(zhàn)。在混合動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)中，結(jié)合了主動和被動TMS的優(yōu)點，并試圖盡可能地由另一方的角色來彌補缺點，然而，當(dāng)前對這種電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)的研究很少。
02
成果掠影
近期，伊朗科技大學(xué)汽車工程學(xué)院G.R. Molaeimanesh團隊研究出一種混合動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)（BTMS），基于相變材料的主動熱管理系統(tǒng)（TMS）和被動TMS的組合(PCM) 將電池溫度保持在合適的范圍內(nèi)，同時與被動 TMS 相比具有更好的冷卻效果，并且使用比主動 TMS 更少的能量。在整個研究中，該團隊對具有三種不同冷卻管道結(jié)構(gòu)和三種不同冷氣流壓力差的九個案例進(jìn)行了模擬和研究。結(jié)果表明，即使在最壞的情況下，溫度的升高也是安全的、可接受的，并且對于熱管理考慮來說足夠平穩(wěn)。電池的最高溫度從未超過 314 K，顯示出所提出的混合 BTMS 的完美能力。此外，人們可以注意到入口空氣越強大流或通過 PCM 體積的冷卻管道越長，電池表面溫度越低。此外，在所有模擬情況下，電池模塊內(nèi)電池的最大溫差不超過 1.6 °C，證明了所提出的混合 BTMS 在電池組內(nèi)創(chuàng)造均勻溫度分布方面的出色能力。
展開 電池熱分析及測試方法
IV
圖6(d)
140-260
正極/負(fù)極分別與電解液發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)放熱造成電池溫度繼續(xù)升高。隨著溫度的升高，反應(yīng)放熱速率逐漸加大。
V
圖6(e)
260-740
陶瓷涂層崩潰，電池內(nèi)部發(fā)生大規(guī)模內(nèi)短路，電池電壓急墜為零，并放出大量的熱。內(nèi)部高溫反應(yīng)同樣集中釋放出大量的熱量。瞬時累積的大量熱量帶來電池溫度的瞬間大幅升高，即熱失控發(fā)生。另外，生熱反應(yīng)也會產(chǎn)生大量的氣體，電池內(nèi)部壓力急劇升高，電池內(nèi)部物質(zhì)隨著高壓氣體噴出。
VI
圖6(f)
740-850
熱失控快速放熱后，部分殘留的放熱反應(yīng)還能夠?qū)?em>電池溫度再升高一段，直到達(dá)到最高溫度。
VII
圖6(g)
850-常溫
熱失控放熱反應(yīng)結(jié)束，殘余物降溫至常溫。
3. 熱失控觸發(fā)的原因
采用絕熱量熱儀（EV-ARC）來進(jìn)行熱失控特性的測試
4. 熱失控擴展分析
25 Ah 三元鋰離子電池（具有約0.1kWh的電能）熱失控時釋放出的能量約為630kJ，相當(dāng)于0.15 kg TNT當(dāng)量。而60 kWh 純電動車的動力電池系統(tǒng)而言，則相當(dāng)于釋放出 90 kg TNT當(dāng)量的能量。
傳遞途徑：
① 相鄰殼體之間導(dǎo)熱；
② 電池極柱的導(dǎo)熱；
③ 單體電池起火對周圍電池炙烤。
5.電池的產(chǎn)熱特性
5.1產(chǎn)熱來源
反應(yīng)熱（Qr）、焦耳熱（Qj）、極化熱（Qp）及分解熱（Qs）。
展開 熱仿真和熱特性優(yōu)化 在汽車LED車燈上的應(yīng)用
LED的光熱模型對于芯片的熱仿真意義重大。
本方案如圖所示，熱瞬態(tài)測試儀T3Ster能夠?qū)ED的光熱效應(yīng)進(jìn)行同時跟蹤；利用T3Ster主機可以實現(xiàn)LED熱阻模型的實驗，實驗結(jié)果可直接產(chǎn)生FloEFD仿真中所需的模型；同時配合Teral LED儀器，可以用積分球邊熱測試邊檢測LED光通量，實現(xiàn)了光熱一體化檢測方案，為使用者實現(xiàn)流明要求，且符合熱學(xué)要求，降低設(shè)計余量，進(jìn)行高精度設(shè)計，提供一個有力工具。
3.高精度輻射計算模型
相比離散傳遞、離散坐標(biāo)模型，高精度的蒙特卡洛模型在車燈系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。車燈中的外透鏡、內(nèi)透鏡等透明材料具有良好的透光性與一定的吸收特性，
FloEFD軟件在仿真計算中能夠考慮透明件固體吸收的特性；蒙特卡羅計算模型能較好地解決吸收，聚焦等系列問題，用戶可根據(jù)精度要求設(shè)定離散條帶個數(shù)和跟蹤射線個數(shù)；這種方法在LED,鹵素?zé)糨椛湫Ч该骷囟染_預(yù)報，太陽輻射問題高效預(yù)報等方面都發(fā)揮了很大作用。
二、PCB的設(shè)計與優(yōu)化
PCB在前大燈模組與控制單元，以及LED尾燈當(dāng)中具有廣泛的應(yīng)用，PCB對產(chǎn)品的成本有著關(guān)鍵的影響，因此提高設(shè)計精度，減少設(shè)計冗余則十分重要。
FloTHERM軟件和FloEFD軟件都可以對PCB做精細(xì)熱仿真，特別是FloTHERM軟件中可以綜合布線，過孔和各層特性來實現(xiàn)PCB和元器件的精細(xì)仿真。
展開 動力電池基本知識與特性
動力電池基本知識與特性
利用Lumerical 有效實現(xiàn)太陽能電池光電特性仿真
5、 掃描負(fù)載電壓計算電流響應(yīng)
對于太陽能電池，短路電流和開路電壓是衡量其光電轉(zhuǎn)換效率的直接指標(biāo)。除此之外，可以通過進(jìn)一步計算得出電池的功率-電壓曲線，得出電池的最大功率工作點，這對電池的使用場景極為重要。
用戶在估測電池的開路電壓范圍的基礎(chǔ)上確定需要計算的負(fù)載電壓范圍，實現(xiàn)電流-電壓一一對應(yīng)的曲線結(jié)果計算。
注意掃描計算電壓取樣點越多，電流-電壓曲線越精細(xì)平滑。
6、 輸出與分析電學(xué)特性
在理想狀況下的電學(xué)模擬計算的理想短路電流（12.154 mA/cm^2）較光學(xué)模擬計算結(jié)果（13.8687 mA/cm^2）稍低（~12%），這是因為在模擬光學(xué)過程時并沒有考慮電極區(qū)域存在的陰影效應(yīng)（shadow effect，電極阻擋了部分入射光進(jìn)入電池），而模擬電學(xué)過程中必須加上電極。電學(xué)模擬從側(cè)面反映了電池中光生載流子的分離效率。
7、 電學(xué)因素分析
除了電池的伏安特性曲線和功率曲線可以計算以外，DEVICE模塊也為用戶提供了強大的其他電學(xué)因素計算分析。上圖展示了電池在光照條件下的電勢分布。此外，比如摻雜分布、載流子遷移速率、擴散長度、復(fù)合速率、熱效應(yīng)等都可以通過相關(guān)控件實現(xiàn)仿真模擬。通過優(yōu)化上述電學(xué)參數(shù)等可為光伏產(chǎn)品工作者提供方便快捷高效的研發(fā)預(yù)演和結(jié)構(gòu)設(shè)計評估。
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展開 基于COMSOL的太陽能電池多層介質(zhì)薄膜的吸收特性分析 ￥600
本案例膜層有45層， 由Al2O3,TiO2,SIN 等組成。每個材料的折射率又是波長相關(guān)。 計算要點介紹
1.多層介質(zhì)薄膜的吸收，反射，散射在COMSO如何計劃。
2.模型特別多層時，如何快速輸入，操作，不需要一層一層的輸入。
方法： 采用matlab 編程讀取膜系數(shù)據(jù)，然后聲場一些COMSOL 運行命令（方法），在點擊方法coating1 的運行，則多層介質(zhì)模型即可自動生成。 該方法特別適合，膜系數(shù)據(jù)特別多層，或需要研究不同膜系情況下規(guī)律，可快速更改。
本案例模型及相關(guān)操作見附件、收費內(nèi)容部分，凡購買本案例的朋友，結(jié)合附件中的模型及相關(guān)操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
儲能電池的熱仿真及其產(chǎn)熱分析
導(dǎo)讀
Reading guide
隨著高新企業(yè)的蓬勃發(fā)展,人們的生活水平得到了顯著提升,而對能源的需求量也越來越大?為了減少對不可再生資源的依賴,開發(fā)新型的能源結(jié)構(gòu)迫在眉睫?在這樣的新形勢下,高效的能量儲存與轉(zhuǎn)換裝置顯得尤為重要,用以實現(xiàn)集中化?智能化及高效化的管理及應(yīng)用?智慧儲能的概念應(yīng)運而生?儲能作為一個配電設(shè)備?發(fā)電設(shè)備?傳輸設(shè)備以及用戶終端,其在電網(wǎng)的作用,極大地改善了電網(wǎng)對大量能源的適應(yīng)性?
目前,在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位的儲能技術(shù)大致分為4類:(1)抽水儲能;(2)儲熱;(3)電化學(xué)儲能;(4)機械儲能?鋰離子電池作為一款集比能量高?能量密度高?自放電率小?輸出功率大等諸多優(yōu)良特性的電池,在動力電池及儲能電池領(lǐng)域擁有極大的市場?可是鋰離子電池在實際應(yīng)用中還可能出現(xiàn)熱失控的問題?原因在于,鋰離子電池在充放電過程中,電池內(nèi)阻發(fā)熱?電極極化發(fā)熱及化學(xué)反應(yīng)放熱等會使電池溫度迅速升高
展開 采用電池冷卻方法的鋰離子電池熱管理策略：現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
由于全球變暖問題不斷加劇，對清潔能源替代品的需求持續(xù)增長，電動汽車電池憑借高效率、安全性和可靠性等特點，使電動汽車(EV)行業(yè)迎來了大幅增長。然而，這些電池也存在一些限制因素，盡管生產(chǎn)小型、安全、高性能、和可靠的電池有困難，但這也迫使電動汽車制造商在電池領(lǐng)域進(jìn)行更多的投資。近年來，電動汽車越來越受歡迎，為人們提供更多的舒適性和節(jié)省成本。
02
成果掠影
近期，韓國嶺南大學(xué)Gyu Sang Choi和Sung Chul Kim老師團隊分析了各種電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)(TMS-Bs)冷卻方法及其在可行性、成本和壽命方面的優(yōu)缺點，討論了熱失控(TR)機制，模型和策略，以減輕TRS問題。有效的TMS-B可以減輕電池的TR，并提高其性能和壽命。總體而言，TMS-B對于維持電動汽車中使用的LBS的最佳溫度范圍至關(guān)重要。一個有效的TMS-B可以減輕TR，并提高性能和壽命，然而，需要進(jìn)一步研究TMS-B的結(jié)構(gòu)、工作介質(zhì)、流道尺寸和液體填充能力，同時更好地理解電池、模塊和包裝如何應(yīng)對快速充電情況是十分必要的。
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