本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)：鋰電池的熱

鋰電池的熱分析華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院指導(dǎo)老師2015年1月10日研究背景特斯拉電動(dòng)汽車(chē)熱管理的重要性電池性能變差：包括有效能下降（材料發(fā)生變化）和功率下降自放電問(wèn)題：自放電發(fā)生在不使用的時(shí)候，溫度上升會(huì)增加自放電，對(duì)鋰電池而言，自放電會(huì)導(dǎo)致過(guò)放電，對(duì)電池產(chǎn)生不可逆的破壞

熱失控：當(dāng)溫度增高時(shí)引發(fā)的變化使溫度更進(jìn)一步的增高，產(chǎn)生惡性循環(huán)，因而導(dǎo)致某一種破壞性的正反饋結(jié)果。鋰電池的最佳工作溫度：20~40℃溫度過(guò)高會(huì)有的主要問(wèn)題：溫度過(guò)低會(huì)有的主要問(wèn)題：溫度過(guò)低也會(huì)影響到電池的性能，尤其對(duì)于需要適應(yīng)各種環(huán)境的汽車(chē)電池而言，低溫下的表現(xiàn)十分重要鋰電池的結(jié)構(gòu)正極：鈷酸鋰錳酸鋰負(fù)極：石墨集流體：一般用銅或者鋁隔膜：高分子材料電解液：碳酸酯類(lèi)溶劑負(fù)極石墨都是顆粒狀，熱導(dǎo)率非常低目前研究的現(xiàn)狀Berrnardi等通過(guò)假設(shè)電池內(nèi)溫度一致描述了能量平衡。Doyle等發(fā)展了在各向同性條件下鋰/高分子聚合物/植入型電池行為的微觀模型集總參數(shù)模型（LumpedCapacitanceMethod）二維模型坐標(biāo)系變換極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)正方體電池模型圓柱體模型同心圓柱體模型…認(rèn)為軸向沒(méi)有影響模型建立層數(shù)12345678材料高分子鈷酸鋰銅鈷酸鋰高分子石墨鋁石墨厚度比例14141414熱導(dǎo)率0.31.24001.20.31.02371.0阿基米德螺線(xiàn)二維模型參數(shù)選擇重點(diǎn)是內(nèi)熱源的選擇：幾何尺寸選擇以實(shí)際為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)取整使計(jì)算簡(jiǎn)單內(nèi)熱源的不均勻性?xún)?nèi)熱源來(lái)源：焦耳熱和反應(yīng)熵變熱有電流流過(guò)的地方就有電極反應(yīng)的地方

根據(jù)已有文獻(xiàn)，整個(gè)平均過(guò)程中兩部分作用大致相同

絕緣電極集流

模擬過(guò)程網(wǎng)格結(jié)果：采樣點(diǎn)選取：整個(gè)模型的計(jì)算時(shí)長(zhǎng)在十分鐘以?xún)?nèi)只研究平面，認(rèn)為軸向沒(méi)有影響，只有外邊界有對(duì)流條件，其余部分認(rèn)為絕熱取坐標(biāo)軸上的點(diǎn)并不影響同時(shí)取樣點(diǎn)避開(kāi)邊界：在計(jì)算時(shí)并不選擇最內(nèi)層和最外層的點(diǎn)采用穩(wěn)態(tài)熱分析模塊結(jié)果分析：溫度分布溫度分布特點(diǎn)與圓柱模型分布相似穩(wěn)態(tài)溫差并不大（2.52℃）熱點(diǎn)在最內(nèi)一層上結(jié)果干分析脅：熱笑流分保布熱流膀分布熱流蛇分布誤特點(diǎn)不同唯材料喚間熱肅流差和距大方向貧差異額明顯總熱掘流先城增后虛減極值哨點(diǎn)與起層厚挪有關(guān)仙，受渴邊界敢條件憲影響改變刪幾何烤尺寸由于馬過(guò)小踢的尺愛(ài)寸會(huì)帳影響因計(jì)算歌造成狐無(wú)法粉網(wǎng)格烘化或揚(yáng)者無(wú)暫法計(jì)扎算，奶因此不改販變每陽(yáng)層的胡厚度愉，改醫(yī)變層盾數(shù)以貌達(dá)到頁(yè)改變孝幾何靠尺寸序的結(jié)徒果溫度煩隨層姐數(shù)的饞變化涌：隨溫剃度上戚升，唯整體探溫度侮與溫庭差都容會(huì)上每升最值溫差N=8N=11N=20N=15熱流升總體迅趨勢(shì)壞不發(fā)秘生大布變化鏟：先侵增加冷后減仍小熱流傳的波鈴動(dòng)隨鴿幾何賢尺寸護(hù)增加鋤而增剩加熱流耍大小圈略有淹增加法向盛和切捧向熱蠢流隨衰幾何償尺寸貸的變卸化改變賊表面致對(duì)流茄換熱姨系數(shù)右圖哀表示賢在正夾常工舟作條授件下刊電池柿溫度這（沿堅(jiān)半徑尺取三怪個(gè)采把樣點(diǎn)緣瑞）隨h增大孫的變周化改變騙物性溫差最高光與最架低溫躲度溫度菌分布隨熱設(shè)導(dǎo)提辯高趨于獸平緩，溫帖差下鄭降明碗顯熱導(dǎo)畝率如胳果可館以提凱高10倍到4W/鈔m.譜K是比裹較理慈想的溫度跌變化熱導(dǎo)伸率發(fā)月生改辯變時(shí)俊（由教于熱快性質(zhì)吐相近屑，隔戚膜與衣電極糾材料霞放在辰一起跡考慮霞）熱流意方向窮變化增大濱電極難材料燦及隔張膜的鋒熱導(dǎo)渡率，乓計(jì)算偽徑向運(yùn)與非煌徑向逗熱流數(shù)的變埋化隨著料熱導(dǎo)鮮率增收加：集流聯(lián)器熱諒流大販小變絹小集流尺器熱醫(yī)流方飛向向們法向釋偏移電極凡材料發(fā)與隔就膜的擇熱流壺基本獲不發(fā)向生變例化如何棵改變常用怨的方娃法：芹摻雜復(fù)合年材料證熱導(dǎo)梅率模批型對(duì)于柴摻雜隊(duì)后復(fù)腳合材賴(lài)料熱叛導(dǎo)率臥的的抓計(jì)算蠶有三職種模袋型:使用落摻雜咐的方材法達(dá)蟻到所拿需的醋熱導(dǎo)雖率需拳要50百%以上深的石棵墨烯宮，對(duì)丸電極批材料晨會(huì)產(chǎn)紙生影例響結(jié)論行：常篇規(guī)的烘復(fù)合吃的方配法不督太現(xiàn)曉實(shí)另外評(píng)的方瘡法：舞改變礎(chǔ)電極嗓材料眉自身盆的熱油導(dǎo)、深高分梁子導(dǎo)熔熱材倉(cāng)料應(yīng)粗用等其中Th建e避li塞ne秩ar想R踐ul喊e榨of堡M補(bǔ)ix勤tu診re春s和Th致e嶄in負(fù)ve奸rs賣(mài)e扎Ru婚le毯o趨f(xié)孔Mi迅xt用ur陪es要求走材料狼連續(xù)唉性良棋好，餅電極靈材料批顯然余不符森合條晌件電極拖材料和復(fù)合慢石墨韻烯對(duì)讀熱導(dǎo)糖率的磚影響總結(jié)影響膊電池濱熱分面布的極三個(gè)農(nóng)條件草：表面舌對(duì)流炸換熱鉤系數(shù)斧可航以影響鋒溫度芬大小敏，不瓣影響哄溫差挎與熱蛛流分隱布常用新的方怎法就候是采烤用水毫冷或香者抽遺氣風(fēng)處冷的遣方式另，如設(shè)特斯枝拉使販用鋁跳管冷圓卻，尚管內(nèi)提裝有慰冷卻溝液材料錦熱導(dǎo)粒率孤效果圓最好小，可艷以有效財(cái)展平傲溫度問(wèn)與熱腰流分局布摻雜章效果枕有限饞，而剩且會(huì)蜂影響趣電極夏材料殲的表裹現(xiàn)電池雕的幾士何尺夫寸減小陸尺寸熊可以累降低詢(xún)溫度連縮小固溫差負(fù)，考敲慮到農(nóng)實(shí)際皂應(yīng)用幣電池解尺寸濫的可追調(diào)性轟不大因此唇綜合益考慮趣，尋勢(shì)找一閃種新歉的方必法提扣高電館極材籠料和暮高分榆子隔移膜的違熱導(dǎo)視率是軋未來(lái)歉熱管羅理的冬一個(gè)闖重要撥方向特斯尺拉電揉池?zé)釐{管理探系統(tǒng)謝謝感謝戴老師在整腿個(gè)設(shè)輸計(jì)過(guò)總程中蒜給予葵的指追導(dǎo)感謝漏答辯冰委員腎會(huì)的終全體先老師枕的指括導(dǎo)Ba義ck總up間S胸li濃de鄭s加入剃中心父對(duì)流羞條件