電池內(nèi)短路仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-02-28
電池內(nèi)短路仿真的實(shí)例教程
在實(shí)際中由于鋰枝晶生長(zhǎng)，以及在生產(chǎn)過(guò)程中引入的導(dǎo)電多余物等可能會(huì)引起隔膜的失效，導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生內(nèi)短路。內(nèi)短路時(shí)短路點(diǎn)的大電流會(huì)導(dǎo)致局部溫度快速升高，進(jìn)而引發(fā)電池發(fā)生熱失控，</p><p> </p><p> 由于鋰離子電池內(nèi)短路的形式有多種，例如內(nèi)部導(dǎo)電多余物、針刺和擠壓等都會(huì)造成不同形式的內(nèi)短路點(diǎn)，鋰電池內(nèi)部的金屬物體相當(dāng)于一個(gè)額外集流體的功能，將引起附近鋰離子流向改變，在這些額外的集流體上引起電流集中。</p><p><br></p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/202202/0d7dddb4d3b34fb884a092f89cd55105.png" title="QQ圖片20220227133341.png" alt="QQ圖片20220227133341.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202202/0d7dddb4d3b34fb884a092f89cd55105.png?
展開(kāi) 電池熱管理系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)目標(biāo)是在兼顧空間優(yōu)化、成本控制以及輕量化等關(guān)鍵要素的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組溫度的有效調(diào)控。該系統(tǒng)旨在通過(guò)精確的加熱與冷卻機(jī)制，確保電池系統(tǒng)能夠在一個(gè)理想的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)最大限度地縮小電池單體之間的溫度差異，以維護(hù)電池性能的一致性和延長(zhǎng)使用壽命。以下是電池熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖：
圖5 熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖
仿真分析
在鋰電池Pack設(shè)計(jì)中，熱流體仿真分析是關(guān)鍵工具，用于輔助工程師設(shè)計(jì)高效的熱管理系統(tǒng)。在熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，通過(guò)熱場(chǎng)仿真分析Pack、模組或電池，快速確定合適的冷卻、加熱與保溫策略。進(jìn)入冷卻子系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)一步結(jié)合熱場(chǎng)與流場(chǎng)仿真，精確調(diào)整冷卻通道設(shè)計(jì)、選定冷卻介質(zhì)、設(shè)定入口溫度與流量，并優(yōu)化風(fēng)扇或泵的參數(shù)，以確保電池組在最佳溫度條件下運(yùn)行。
利用熱流體仿真工具，Pack熱管理設(shè)計(jì)與部分測(cè)試工作可高效地在電腦上完成，大幅節(jié)省設(shè)計(jì)、制造與測(cè)試成本。以下給予案例中的方式，跟大家介紹一下動(dòng)力電池熱管理仿真分析的基本流程與技巧。
本案例液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)旨在確保：電芯在特定工況下最高溫不超50℃，電芯間溫差≤5℃，且系統(tǒng)壓降<10kPa。基于下圖*電芯單體產(chǎn)熱數(shù)據(jù)，需計(jì)算在1C滿(mǎn)放條件下，整個(gè)電池系統(tǒng)的產(chǎn)熱功率。
使用STAR-CCM+軟件的VOF模型，模擬液冷板內(nèi)從注入冷卻液到完全填充的過(guò)程，以清晰展示冷卻液的流動(dòng)與填充細(xì)節(jié)。
設(shè)置進(jìn)口兩相材料體積分?jǐn)?shù)為：Cooling Water：Air=1:0
設(shè)置出口兩相材料體積分?jǐn)?shù)為：Cooling Water：Air=0:1
定義進(jìn)口質(zhì)量流量值為：(4L/min)
圖6云圖顯示，冷卻液在不到1分鐘內(nèi)填滿(mǎn)液冷板內(nèi)腔，同時(shí)流道轉(zhuǎn)彎區(qū)出現(xiàn)漩渦現(xiàn)象，提示流道設(shè)計(jì)仍有優(yōu)化空間以減少湍流。
展開(kāi) 圖3 復(fù)合集流體技術(shù)在沖擊測(cè)試中的保護(hù)
圖4 復(fù)合集流體技術(shù)在針刺過(guò)程中的阻斷效果
二、C家的復(fù)合集流體
我把申報(bào)材料中的內(nèi)容簡(jiǎn)化一下：
1）安全性
鋁箔通過(guò)熱-機(jī)械載荷斷路的電池內(nèi)短路模擬仿真，引入真空氣相沉積技術(shù)，構(gòu)建了“金屬導(dǎo)電層-高分子支撐層-金屬導(dǎo)電層”三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合集流體。通過(guò)金屬層與高分子層機(jī)械-電-熱性能的多重耦合關(guān)系，
在“點(diǎn)接觸”內(nèi)短路時(shí)，導(dǎo)電層在短路點(diǎn)受力開(kāi)裂剝離或在短路大電流瞬間熔斷，毫秒內(nèi)切斷短路電流回路；
在“面接觸”內(nèi)短路時(shí)，支撐層在短路面受熱熔融收縮形成集流體結(jié)構(gòu)局部坍塌，在熱失控前切斷短路電流回路。
根據(jù)這種設(shè)計(jì)，解決了高鎳電池內(nèi)短路難題，徹底解決了電池因內(nèi)短路易引發(fā)熱失控的行業(yè)難題。
2）壽命和可靠性
集成納米鉚接和三維導(dǎo)電修復(fù)技術(shù)，將金屬層與高分子層間結(jié)合力提升10倍，同時(shí)修復(fù)金屬層表面因?yàn)榱鸭y誘發(fā)的導(dǎo)電衰減，可實(shí)現(xiàn)15年使用壽命。高分子材料相比金屬具有低彈性模量，圍繞電池內(nèi)活性物質(zhì)層形成層狀環(huán)形海綿結(jié)構(gòu)，在電池充放電過(guò)程中，吸收極片活性物質(zhì)層鋰離子嵌入脫出產(chǎn)生的膨脹-收縮應(yīng)力，保持極片界面長(zhǎng)期完整性，電池的循環(huán)壽命實(shí)現(xiàn)提升5%。
3）工藝制造
研制了原位鈍化和連續(xù)輥焊工藝和裝備，解決了集流體因材料和結(jié)構(gòu)顛覆難以規(guī)模化量產(chǎn)的短板，生產(chǎn)節(jié)拍達(dá)到20ppm。
4）提高能量密度
復(fù)合集流體中間層采用輕量化高分子材料，重量比純金屬集流體降低50%-80%。同時(shí)復(fù)合集流體厚度相比業(yè)內(nèi)同行純金屬集流體減少25%-40%，從而將電池內(nèi)更多空間讓渡給活性物質(zhì)。
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電池內(nèi)短路仿真的最新內(nèi)容
眾所周知，新能源動(dòng)力電池?zé)崃黧w仿真分析，因其復(fù)雜性和廣泛性，想要從入門(mén)到精通，需要學(xué)習(xí)到每個(gè)板塊的內(nèi)容，如果想要在短時(shí)間內(nèi)完成，那更將是一項(xiàng)艱巨任務(wù)！因此對(duì)于新手來(lái)說(shuō)，如果想要靠自學(xué)摸索，從新手到獨(dú)立構(gòu)建熱仿真模型之路就變得尤為漫長(zhǎng)！
因此本套《starccm+新能源動(dòng)力電池?zé)峁芾矸抡嫒腴T(mén)到進(jìn)階》課程專(zhuān)為想快速入門(mén)并找到心儀熱仿真工作的人群研發(fā)，也是目前市場(chǎng)上唯一一套從PACK模型簡(jiǎn)化
<p>開(kāi)放群：566811107（資料多，不僅限交流）</p><p>群一：836281296</p><p>群二：594368389 </p><p>群三：1080606488 </p><p>群四： 678357196 </p><p>我的qq： 209870384有興趣的可以加我，交流模型。</p><p><span
圖3 復(fù)合集流體技術(shù)在沖擊測(cè)試中的保護(hù)
圖4 復(fù)合集流體技術(shù)在針刺過(guò)程中的阻斷效果
二、C家的復(fù)合集流體
我把申報(bào)材料中的內(nèi)容簡(jiǎn)化一下：
1）安全性
鋁箔通過(guò)熱-機(jī)械載荷斷路的電池內(nèi)短路模擬仿真，引入真空氣相沉積技術(shù)，構(gòu)建了“金屬導(dǎo)電層-高分子支撐層-金屬導(dǎo)電層”三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合集流體。
