鋰離子電池組
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
鋰離子電池組的視頻教程
關(guān)于 ECM 鋰離子電池、單節(jié)電池和電池組（帶冷卻和不帶冷卻）的 CFD 仿真
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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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鋰離子電池組的實例教程
鋰離子電池（LIB）由于具有高能量容量、低自放電率和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，被廣泛用作電動汽車的儲能系統(tǒng)。然而，溫度嚴(yán)重影響鋰離子電池的容量和壽命。較低的溫度可能導(dǎo)致電池退化，而較高的溫度可能引發(fā)熱失控，從而造成安全隱患。
當(dāng)前，對BTMS的研究根據(jù)冷卻方式主要分為風(fēng)冷、液冷、相變材料（PCM）冷卻等三大類。風(fēng)冷具有結(jié)構(gòu)簡單、易于封裝、維護成本低、能耗低等特點。雖然提供相對較低的熱交換能力，但該冷卻系統(tǒng)在 LIB 系統(tǒng)中得到了很好的采用，對在較高電流速率下進行快速充電和放電操作的要求不高。液冷式一般傳熱系數(shù)較高，溫度分布均勻，根據(jù)電池表面是否與傳熱流體直接接觸，液冷方式一般分為直接接觸式和間接接觸式液冷。與間接接觸冷卻相比，直接接觸液體冷卻使用介電流體有效地去除電池熱量，具有很大的緊湊性和高冷卻速率，但在商業(yè)應(yīng)用中可能不實用。另一方面，間接接觸冷卻更容易實施，并且使用較低粘度的流體以減少泵功率需求，并且已被廣泛采用和研究，具有液體冷板（LCP），波浪管和熱管。PCM 冷卻本身是一種被動熱管理類型，具有運行成本較低和溫度均勻性較高的優(yōu)點。PCM 冷卻使用大量潛熱，這些潛熱可以存儲在材料中以維持電池溫度，并能夠降低 LIB 電池組的最高溫度和溫差。然而，純PCM由于導(dǎo)熱系數(shù)較低，容易產(chǎn)生過多的熱量積累，從而大大增加了熱系統(tǒng)的重量。將泡沫金屬和翅片應(yīng)用于 PCM 被動冷卻中，以增強 PCM 的傳熱，證明 PCM、泡沫金屬和翅片的組合可以有效提高 LIB 的熱性能并將溫度保持在較低水平。在 PCM 壁上耦合了石墨烯增強的高導(dǎo)熱金屬隔板，該系統(tǒng)可以有效地將 4C 充電期間的最高溫度限制在 55°C 以下。
展開 來源 | 電源技術(shù)
作者 | 楊朝蓬，張寧，段志宇
單位 | 中國電子科技集團公司第十八研究所
摘要：鋰離子電池作為電動汽車動力電池首選，維持其工作在最佳溫度范圍需要應(yīng)用散熱系統(tǒng)。針對常用的風(fēng)冷散熱系統(tǒng)，闡述了不同類型的特點，綜述了國內(nèi)外在電池內(nèi)部流道、進出風(fēng)口結(jié)構(gòu)、冷卻空氣流體參數(shù)等方面開展的仿真與實驗研究，以及采用優(yōu)化算法和優(yōu)化策略，改善電池內(nèi)部溫度和溫差的優(yōu)化設(shè)計研究。為克服風(fēng)冷散熱系統(tǒng)冷卻效率低及密封性不足的問題，基于風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的混合冷卻系統(tǒng)被研究者廣泛提出。
關(guān)鍵詞：鋰離子電池；風(fēng)冷散熱系統(tǒng)；溫度；溫差；混合冷卻系統(tǒng)
隨著環(huán)境污染與能源緊缺問題加劇，世界各國加大了電動汽車的研發(fā)力度，而動力電池作為電動汽車的動力來源，受到各國政府和主要汽車制造廠商的重點關(guān)注。鋰離子電池具有比能量高、循環(huán)壽命長、自放電率低、無污染排放等特點，成為目前電動汽車首選的動力電池體系。鋰離子動力電池的性能和壽命在很大程度上與工作溫度有關(guān)，通常最佳工作溫度在 15～40℃，溫差低于 5℃。在充放電過程中電池自身產(chǎn)熱會導(dǎo)致溫度上升，適當(dāng)?shù)纳崂鋮s技術(shù)可以減少溫度對電池組的負(fù)面影響，提高動力電池的效率和安全性，降低老化率，延長使用壽命。車用鋰離子動力電池散熱系統(tǒng)冷卻方式主要有：風(fēng)冷、液冷、相變材料(PCM)冷卻、熱管(HP)冷卻等。風(fēng)冷、液冷是應(yīng)用最廣泛的冷卻方式，受技術(shù)水平限制，當(dāng)前國內(nèi)主要采用風(fēng)冷，有少數(shù)電動車也開始采用系統(tǒng)更為復(fù)雜的液冷，如吉利帝豪 EV、江淮 iEV7S，而國外發(fā)達國家更多采用液冷，如美國特斯拉、雪佛蘭沃藍(lán)達。作為新型冷卻方式，相變材料和熱管冷卻還處于研究和小規(guī)模應(yīng)用階段。
展開 鋰離子電池因其能量密度高、自放電率低、維護要求低、循環(huán)壽命長、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，是目前電動汽車使用最廣泛的電源。然而，鋰離子電池的性能受工作溫度的影響很大。鋰離子電池理想的工作溫度范圍為25 ~ 40℃，不同電池之間的最高溫差小于5℃。在低溫或高溫環(huán)境下工作都會導(dǎo)致電池性能下降，壽命縮短，甚至熱失控。因此，一個優(yōu)秀的電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)對于保證鋰離子電池安全高效的運行狀態(tài)是非常必要的。
根據(jù)冷卻策略的不同，BTMS可分為被動冷卻系統(tǒng)、主動冷卻系統(tǒng)和被動與主動相結(jié)合的混合系統(tǒng)。在被動冷卻系統(tǒng)中，沒有任何額外的功耗，但它們也不能控制冷卻系統(tǒng)來改變冷卻速率。在鋰離子電池表面實施特殊的材料或散熱結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)電池與外部環(huán)境之間的高傳熱能力。典型的例子包括自然空氣對流，相變材料(PCM)和熱管。
被動空氣冷卻的冷卻能力很低，不適合冷卻高能量密度的鋰離子電池。PCM在融凍過程中能夠儲存和釋放大量的能量，近年來受到越來越多的關(guān)注。將PCM裝入BTMS的主要優(yōu)點是可以實現(xiàn)良好的電池溫度均勻性和靈活的幾何形狀。然而，PCM的低導(dǎo)熱性阻礙了電池的散熱速率，在高速率充放電條件下存在嚴(yán)重的隱患。因此開發(fā)出具有優(yōu)異的散熱性能的新能源電車的電池熱管理系統(tǒng)是非常重要的。
02
成果掠影
近期，哈爾濱工業(yè)大學(xué)馮宇教授團隊針對液冷電池熱管理系統(tǒng)(BTMS)取得新進展。由于常見的線性流道結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了嚴(yán)重的溫度分布不均勻。該團隊提出了一種具有多通道的新型錐形通道散熱器，以提高電池溫度均勻性，降低BTMS的功耗。團隊分析比較了8種不同設(shè)計的電池最高溫度和溫差、溫度不均分布參數(shù)和功耗性能，同時，分析了延遲冷卻策略對液冷系統(tǒng)溫度均勻性的影響。
展開 首先，研究了Si/C復(fù)合材料在嵌鋰過程中的結(jié)構(gòu)演變，然后研究了嵌鋰過程中鋰的體積變化和擴散速率，同時研究了不同碳層厚度對Li在Si/C復(fù)合材料中擴散的影響，揭示了碳材料增強Li在Si中擴散速率的機理。
我們發(fā)現(xiàn)碳層將Li在Si中的擴散速率從7.75×10?5提高至2.097×10?4cm2/s.。在簡單混合模型中，鋰離子擴散速率增加大約50%，而核殼模型中鋰離子擴散速率對碳層的原子結(jié)構(gòu)有較大的依賴性。這些研究結(jié)果為Li在Si/C復(fù)合材料中的擴散行為提供了新的認(rèn)識，揭示了Li在Si/C復(fù)合材料中擴散的增強機制。這種認(rèn)識有助于鋰電池復(fù)合負(fù)極材料的建模，并指導(dǎo)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以確保鋰電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高能量密度。（文：李澍）
圖1 (a) c-Si和 (b) a-C的原子結(jié)構(gòu)；(c)、(d)和(e)是不同碳層厚度的Si/C復(fù)合材料（Si：紅點；C：灰點；和Li：藍(lán)點）；本研究中的兩種復(fù)合模型：（f）混合模型和（g）核殼模型（亮粒子為c-Si，暗粒子為a-C）
圖2 (a)Si/Si, (b) Si/Li和(c) Li/Li在不同嵌鋰階段的徑向分布函數(shù)；（d）c-Si和（e）a-C嵌鋰后的最終結(jié)構(gòu)；在(d,e)中，粉色、灰色和藍(lán)色分別代表Si原子、C原子和Li原子
圖3 C層厚度為(a)2、(b)3和(c) 4?的Si/C復(fù)合材料（混合模型）在嵌鋰過程中不同模擬時間下的Li擴散的結(jié)構(gòu)快照（粉色、灰色和藍(lán)色分別代表Si原子、C原子和Li原子）
圖4 C層厚度為(a)2、(b)3和(c) 4?的Si/C復(fù)合材料（核殼模型）在嵌鋰過程中不同模擬時間下的Li擴散的結(jié)構(gòu)快照。
展開 蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，領(lǐng)先材料公司Lyten推出LytCell EV?鋰硫電池平臺。這一電池創(chuàng)新針對電動汽車市場進行優(yōu)化，其設(shè)計旨在提供三倍于傳統(tǒng)鋰離子電池的重量能量密度。
（圖片來源：Lyten公司）
該鋰硫架構(gòu)基于Lyten 3D石墨烯?（Lyten 3D Graphene?），其重量能量密度有望達到900 Wh/kg，明顯超過傳統(tǒng)鋰離子電池和固態(tài)電池。Lyten硫磺籠?（Lyten Sulfur Caging?）是LytCell? 電池中使用的一項技術(shù)，通過阻止“多硫化物穿梭”來釋放硫的性能潛力。穿梭效應(yīng)影響電池電動汽車的使用壽命，一直阻礙著鋰硫電池在電動汽車中的實際應(yīng)用。根據(jù)美國國防部（DoD）測試協(xié)議，LytCell?原型設(shè)計已證明超過1400次循環(huán)。
該公司首席執(zhí)行官Dan Cook表示：“LytCell EV?電池的性能、續(xù)航里程和安全性都得到了改善。通過提供最環(huán)保的電池和符合《美墨加協(xié)議》（USMCA）的供應(yīng)鏈，我們相信汽車制造商將更有信心實現(xiàn)電氣化藍(lán)圖。”
展開 
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鋰離子電池組的最新內(nèi)容
[圖片]
以下綜述展示了針對鋰電池組件的仿真模擬實例，包括了陽極/陰極/電解質(zhì)和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質(zhì)變化的實例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質(zhì)
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著社會向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，未來幾十年電池行業(yè)可能會出現(xiàn)數(shù)量級的增長。電池的生產(chǎn)用途廣泛，每種用途都有特定的電力需求，從電力電子設(shè)備、啟動電池設(shè)備到各種儲能設(shè)備。由于其卓越的能量密度、較長的循環(huán)壽命和較低的自放電率，鋰離子電池已成為儲能技術(shù)的首選。然而，鋰離子電池的效率
鋰離子電池的仿真模擬
以下綜述展示了針對鋰電池組件的仿真模擬實例，包括了陽極/陰極/電解質(zhì)和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質(zhì)變化的實例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2
3 總結(jié)和展望
在鋰離子電池的研究中，仍存在許多科學(xué)問題尚未解決，這些問題嚴(yán)重影響著鋰離子電池的安全性能和使用壽命。例如，鋰枝晶的生長演化、SEI膜的形成和破裂演化、正極顆粒在循環(huán)中的破裂、電池壽命預(yù)測、熱失控、以及電池組的電池狀態(tài)實施監(jiān)測和管理等問題。這些問題涉及到電場、濃度場、力場和溫度場等多個物理場之間的耦合，很難通過單一的實驗表征手段對各個驅(qū)動力進行分別觀測，更難以給出多場耦合的綜合結(jié)果
[17] 胡興軍，惠政，郭鵬，等.鋰離子電池組間接接觸液冷散熱結(jié)構(gòu)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2019,46(2):44-50.
文章來源：計算機仿真
摘要: 鋰離子電池的綜合性能不僅取決于材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，還與制造工藝及相關(guān)設(shè)備技術(shù)的進步息息相關(guān)。目前電池制造廠商針對不同體系的電池工藝開發(fā)多采用窮舉法進行實驗試錯，在工藝仿真技術(shù)方面還存在較大的發(fā)展空間。面向電池高質(zhì)量制造發(fā)展和數(shù)智化升級的行業(yè)發(fā)展趨勢，本文結(jié)合宏觀電池制造設(shè)備和微觀電池電極結(jié)構(gòu)兩個角度，對電池制造工藝仿真研究現(xiàn)狀進行了系統(tǒng)總結(jié)，分析了各工序工藝仿真技術(shù)機理研究、結(jié)構(gòu)發(fā)展及應(yīng)用前景
張繼華等運用COMSOL仿真平臺計算了21700圓柱鋰離子電池組5C充放電溫度場分布，得出交叉排列比平行排列的最高溫度更低、溫差更小，隨著單體間距的加大，電池組最高溫度降低。彭睿等對比平行順排和梯形叉排兩種散熱方案，發(fā)現(xiàn)梯形叉排散熱方案上游和中游處最高溫度下降更多、散熱均勻性更好，但下游處因排布間距小、熱量積聚，下表面散熱效果不如平行順排。
來源 | Nature Communications
01
背景介紹
隨著全球范圍內(nèi)能源危機的出現(xiàn)，并在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動下，鋰離子電池獲得了蓬勃發(fā)展，然而電池?zé)崾Э乇挥鳛橥{電池安全的“癌癥”，是制約電動汽車與新型儲能規(guī)模化發(fā)展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池?zé)崾Э匮葑儥C制，并提出早期預(yù)警策略以防止火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生
該標(biāo)準(zhǔn)制定時參考了IEC 61960-2∶2000《便攜式鋰電池和蓄電池組 第2部分: 鋰電池組》，用于便攜式設(shè)備的鋰離子電池及電池組，測試內(nèi)容包括性能和安全，但只適用于21.6V和14.4V的電 池。
2006年，工業(yè)和信息化部頒發(fā)了QC/T 743《電動汽車用鋰離子動力蓄電池》，被行業(yè)內(nèi)廣泛使用，并于2012年進行了修訂。
