電池內短路仿真的案例
基于Comsol的鋰電池針刺、內短路和過充仿真
在實際中由于鋰枝晶生長，以及在生產過程中引入的導電多余物等可能會引起隔膜的失效，導致鋰離子電池發生內短路。內短路時短路點的大電流會導致局部溫度快速升高，進而引發電池發生熱失控，</p><p> </p><p> 由于鋰離子電池內短路的形式有多種，例如內部導電多余物、針刺和擠壓等都會造成不同形式的內短路點，鋰電池內部的金屬物體相當于一個額外集流體的功能，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 新能源動力電池熱管理仿真必備技能大揭秘！(內附課程視頻)
電池熱管理系統的核心設計目標是在兼顧空間優化、成本控制以及輕量化等關鍵要素的前提下，實現對電池組溫度的有效調控。該系統旨在通過精確的加熱與冷卻機制，確保電池系統能夠在一個理想的溫度范圍內穩定運行，同時最大限度地縮小電池單體之間的溫度差異，以維護電池性能的一致性和延長使用壽命。以下是電池熱管理系統設計結構圖：
圖5 熱管理系統設計結構圖
仿真分析
在鋰電池Pack設計中，熱流體仿真分析是關鍵工具，用于輔助工程師設計高效的熱管理系統。在熱管理系統設計階段，通過熱場仿真分析Pack、模組或電池，快速確定合適的冷卻、加熱與保溫策略。進入冷卻子系統設計階段，進一步結合熱場與流場仿真，精確調整冷卻通道設計、選定冷卻介質、設定入口溫度與流量，并優化風扇或泵的參數，以確保電池組在最佳溫度條件下運行。
利用熱流體仿真工具，Pack熱管理設計與部分測試工作可高效地在電腦上完成，大幅節省設計、制造與測試成本。以下給予案例中的方式，跟大家介紹一下動力電池熱管理仿真分析的基本流程與技巧。
本案例液冷系統設計旨在確保：電芯在特定工況下最高溫不超50℃，電芯間溫差≤5℃，且系統壓降<10kPa。基于下圖*電芯單體產熱數據，需計算在1C滿放條件下，整個電池系統的產熱功率。
使用STAR-CCM+軟件的VOF模型，模擬液冷板內從注入冷卻液到完全填充的過程，以清晰展示冷卻液的流動與填充細節。
設置進口兩相材料體積分數為：Cooling Water：Air=1:0
設置出口兩相材料體積分數為：Cooling Water：Air=0:1
定義進口質量流量值為：(4L/min)
圖6云圖顯示，冷卻液在不到1分鐘內填滿液冷板內腔，同時流道轉彎區出現漩渦現象，提示流道設計仍有優化空間以減少湍流。
展開 什么是多功能復合集流體技術？
圖3 復合集流體技術在沖擊測試中的保護
圖4 復合集流體技術在針刺過程中的阻斷效果
二、C家的復合集流體
我把申報材料中的內容簡化一下：
1）安全性
鋁箔通過熱-機械載荷斷路的電池內短路模擬仿真，引入真空氣相沉積技術，構建了“金屬導電層-高分子支撐層-金屬導電層”三明治結構復合集流體。通過金屬層與高分子層機械-電-熱性能的多重耦合關系，
在“點接觸”內短路時，導電層在短路點受力開裂剝離或在短路大電流瞬間熔斷，毫秒內切斷短路電流回路；
在“面接觸”內短路時，支撐層在短路面受熱熔融收縮形成集流體結構局部坍塌，在熱失控前切斷短路電流回路。
根據這種設計，解決了高鎳電池內短路難題，徹底解決了電池因內短路易引發熱失控的行業難題。
2）壽命和可靠性
集成納米鉚接和三維導電修復技術，將金屬層與高分子層間結合力提升10倍，同時修復金屬層表面因為裂紋誘發的導電衰減，可實現15年使用壽命。高分子材料相比金屬具有低彈性模量，圍繞電池內活性物質層形成層狀環形海綿結構，在電池充放電過程中，吸收極片活性物質層鋰離子嵌入脫出產生的膨脹-收縮應力，保持極片界面長期完整性，電池的循環壽命實現提升5%。
3）工藝制造
研制了原位鈍化和連續輥焊工藝和裝備，解決了集流體因材料和結構顛覆難以規模化量產的短板，生產節拍達到20ppm。
4）提高能量密度
復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%。同時復合集流體厚度相比業內同行純金屬集流體減少25%-40%，從而將電池內更多空間讓渡給活性物質。
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