本科生毕业设计：锂电池的热

锂电池的热分析华中科技大学能源与动力学院指导老师2015年1月10日研究背景特斯拉电动汽车热管理的重要性电池性能变差：包括有效能下降（材料发生变化）和功率下降自放电问题：自放电发生在不使用的时候，温度上升会增加自放电，对锂电池而言，自放电会导致过放电，对电池产生不可逆的破坏

热失控：当温度增高时引发的变化使温度更进一步的增高，产生恶性循环，因而导致某一种破坏性的正反馈结果。锂电池的最佳工作温度：20~40℃温度过高会有的主要问题：温度过低会有的主要问题：温度过低也会影响到电池的性能，尤其对于需要适应各种环境的汽车电池而言，低温下的表现十分重要锂电池的结构正极：钴酸锂锰酸锂负极：石墨集流体：一般用铜或者铝隔膜：高分子材料电解液：碳酸酯类溶剂负极石墨都是颗粒状，热导率非常低目前研究的现状Berrnardi等通过假设电池内温度一致描述了能量平衡。Doyle等发展了在各向同性条件下锂/高分子聚合物/植入型电池行为的微观模型集总参数模型（LumpedCapacitanceMethod）二维模型坐标系变换极坐标转换成直角坐标正方体电池模型圆柱体模型同心圆柱体模型…认为轴向没有影响模型建立层数12345678材料高分子钴酸锂铜钴酸锂高分子石墨铝石墨厚度比例14141414热导率0.31.24001.20.31.02371.0阿基米德螺线二维模型参数选择重点是内热源的选择：几何尺寸选择以实际为基础，数据取整使计算简单内热源的不均匀性内热源来源：焦耳热和反应熵变热有电流流过的地方就有电极反应的地方

根据已有文献，整个平均过程中两部分作用大致相同

绝缘电极集流

模拟过程网格结果：采样点选取：整个模型的计算时长在十分钟以内只研究平面，认为轴向没有影响，只有外边界有对流条件，其余部分认为绝热取坐标轴上的点并不影响同时取样点避开边界：在计算时并不选择最内层和最外层的点采用稳态热分析模块结果分析：温度分布温度分布特点与圆柱模型分布相似稳态温差并不大（2.52℃）热点在最内一层上结果干分析胁：热笑流分保布热流膀分布热流蛇分布误特点不同唯材料唤间热肃流差和距大方向贫差异额明显总热掘流先城增后虚减极值哨点与起层厚挪有关仙，受渴边界敢条件宪影响改变删几何烤尺寸由于马过小踢的尺爱寸会帐影响因计算歌造成狐无法粉网格烘化或扬者无暂法计扎算，奶因此不改贩变每阳层的胡厚度愉，改医变层盾数以貌达到页改变孝几何靠尺寸序的结徒果温度烦随层姐数的馋变化涌：随温剃度上戚升，唯整体探温度侮与温庭差都容会上每升最值温差N=8N=11N=20N=15热流升总体迅趋势坏不发秘生大布变化铲：先侵增加冷后减仍小热流传的波铃动随鸽几何贤尺寸护增加锄而增剩加热流耍大小圈略有淹增加法向盛和切捧向热蠢流随衰几何偿尺寸贷的变卸化改变贼表面致对流茄换热姨系数右图哀表示贤在正夹常工舟作条授件下刊电池柿温度这（沿坚半径尺取三怪个采把样点缘瑞）随h增大孙的变周化改变骗物性温差最高光与最架低温躲度温度菌分布随热设导提辩高趋于兽平缓，温帖差下郑降明碗显热导亩率如胳果可馆以提凯高10倍到4W/钞m.谱K是比裹较理慈想的温度跌变化热导伸率发月生改辩变时俊（由教于热快性质吐相近屑，隔戚膜与衣电极纠材料霞放在辰一起迹考虑霞）热流意方向穷变化增大滨电极难材料灿及隔张膜的锋热导渡率，乓计算伪径向运与非煌径向逗热流数的变埋化随着料热导鲜率增收加：集流联器热谅流大贩小变绢小集流尺器热医流方飞向向们法向释偏移电极凡材料发与隔就膜的择热流壶基本获不发向生变例化如何棵改变常用怨的方娃法：芹掺杂复合年材料证热导梅率模批型对于柴掺杂队后复脚合材赖料热叛导率卧的的抓计算蚕有三职种模袋型:使用落掺杂咐的方材法达蚁到所拿需的醋热导虽率需拳要50百%以上深的石棵墨烯宫，对丸电极批材料晨会产纸生影例响结论行：常篇规的烘复合吃的方配法不督太现晓实另外评的方疮法：舞改变础电极嗓材料眉自身盆的热油导、深高分梁子导熔热材仓料应粗用等其中Th建e避li塞ne秩ar想R践ul喊e榨of堡M补ix勤tu诊re春s和Th致e崭in负ve奸rs卖e扎Ru婚le毯o趋f孔Mi迅xt用ur陪es要求走材料狼连续唉性良棋好，饼电极灵材料批显然余不符森合条晌件电极拖材料和复合慢石墨韵烯对读热导糖率的砖影响总结影响膊电池滨热分面布的极三个农条件草：表面舌对流炸换热钩系数斧可航以影响锋温度芬大小敏，不瓣影响哄温差挎与热蛛流分隐布常用新的方怎法就候是采烤用水毫冷或香者抽遗气风处冷的遣方式另，如设特斯枝拉使贩用铝跳管冷圆却，尚管内提装有慰冷却沟液材料锦热导粒率孤效果圆最好小，可艳以有效财展平傲温度问与热腰流分局布掺杂章效果枕有限馋，而剩且会蜂影响趣电极夏材料歼的表裹现电池雕的几士何尺夫寸减小陆尺寸熊可以累降低询温度连缩小固温差负，考敲虑到农实际皂应用币电池解尺寸滥的可追调性轰不大因此唇综合益考虑趣，寻势找一闪种新歉的方必法提扣高电馆极材笼料和暮高分榆子隔移膜的违热导视率是轧未来歉热管罗理的冬一个闯重要拨方向特斯尺拉电揉池热峡管理探系统谢谢感谢戴老师在整腿个设输计过总程中蒜给予葵的指追导感谢漏答辩冰委员肾会的终全体先老师枕的指括导Ba义ck总up间S胸li浓de郑s加入剃中心父对流羞条件