基于偽二維電化學(xué)-熱耦合模型的鋰電池?zé)崽匦匝芯?/H1>

發(fā)布時(shí)間：2024-06-27 22:02

　　鋰電池放電過程中的產(chǎn)熱受電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)和歐姆效應(yīng)影響,電池產(chǎn)熱由電池化學(xué)與動(dòng)力學(xué)決定,而電池動(dòng)力學(xué)依賴于電池運(yùn)行條件和設(shè)計(jì)參數(shù)。鋰電池的六個(gè)溫度依賴性參數(shù)對鋰電池的放電過程中的產(chǎn)熱速率具有影響,包括固相活性顆粒和電解液中的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)、電極開路電壓、電解液離子電導(dǎo)率、熱力學(xué)因子和陽離子遷移數(shù)。基于LiFePO₄圓柱形電池建立了偽二維電化學(xué)-熱耦合模型,研究電池在恒流放電過程中的產(chǎn)熱速率,以及正極、隔膜和負(fù)極各部分的產(chǎn)熱速率和所占比例。結(jié)果表明,總產(chǎn)熱功率隨反應(yīng)熱的波動(dòng)而變化,其中正極電極層中反應(yīng)熱占比最大,負(fù)極電極層中極化產(chǎn)熱所占比例高于正極,而隔膜中的產(chǎn)熱主要來源自歐姆熱。不同對流傳熱系數(shù)條件下,電池的表面溫度和內(nèi)部溫度差都不同,因此要合理的采取電池?zé)峁芾泶胧��?br>
【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖1鋰電池單體電化學(xué)模型示意圖

圖1為圓柱形鋰離子電池單體的電化學(xué)模型示意圖,由負(fù)極集流體(Cu)、負(fù)極(LixC6)、隔膜(多孔聚乙烯PE材料)、正極(LiyFePO4)和正極集流體(Al)構(gòu)成,電解液為1.2mol/L的LiPF6溶液(1∶2EC/DMC溶劑),假設(shè)多孔電極中的活性分子為球體,無化學(xué)副反....

圖2圓柱形電池包傳熱模型

本文使用的是40152型圓柱形LiFePO4動(dòng)力電池(Φ40mm×152mm,公稱容量為15Ah,公稱電壓為3.2V),圖2為圓柱形鋰電池包傳熱模型示意,該電池電芯層由8層結(jié)構(gòu)纏繞中心軸而成,其外側(cè)由鋁箔密閉封裝。8層結(jié)構(gòu)分別為:負(fù)極電極層+負(fù)極集流體+負(fù)極電極層+隔膜+....

圖3正負(fù)極開路電壓和熵變隨電極荷電狀態(tài)(SOC)的變化

式中:Uref,i為參考溫度下的開路電壓,dUi/dT為活性顆粒表面局部SOC的函數(shù),正負(fù)電極熵變,它們的曲線變化見圖3。Uref,n=0.6379+0.5416exp(-305.5309x)+0.044tanh(-x-0.19580.1088)-0.197....

圖4不同放電倍率下電池電壓模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

本文使用環(huán)境溫度298.15K下,單體40152型圓柱形磷酸鐵鋰電池放電過程中表面溫度場的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果對電芯單元模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行間接性驗(yàn)證。圖4給出了不同放電倍率1C、2C和5C下,實(shí)驗(yàn)所測電池電壓隨放電時(shí)間的變化與模擬結(jié)果的對比。可以看出,隨著放電倍率的增大,電壓的誤差稍有....

本文編號：3995993

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