鋰離子動力電池仿真熱分析——單體電池仿真熱分析ziC

2021-02-25 鋰電前沿

本文主要對18650型號的鋰離子電池進行仿真熱分析，分析過程使用了用戶子程序DFLUX進行電池熱源的設置。

一、問題描述

單只18650圓柱鋰離子電池在23℃環境下，以2A的恆定電流放電100s，求解整隻電池的溫度分布。

二、問題分析

求取電池的溫度分布，我們需要建立電池的幾何模型、材料模型和邊界條件。18650圓柱鋰離子電池幾何模型很容易建立，材料模型可通過前人的文獻獲取。

根據18650鋰離子電池生熱速率公式，可知生熱速率Q與電池體積、放電電流、電池內阻、溫度和溫度影響係數有關。

由電池與電路的基本知識，通過實驗測試我們可以求得電池內阻(歐姆內阻和極化內阻)與荷電狀態SOC的關係。根據文獻鋰離子動力電池熱分析與散熱優化，我們可以獲取電池以2A恆流放電時內阻R與SOC的關係如下：

SOC公式為  SOC=1-（I*t）/（3600*H），式中H為電池容量，2.2 AH。

電池外表面自然對流，電池側面可選擇5，底部和頂部可選擇10，單位為瓦/平方米/K。

三、Abaqus的建模分析

1）建立幾何模型

直徑18mm，長度65mm，建立模型使用m單位，並創建圓柱坐標系，結果如下

2）建立材料屬性

材料屬性參數如上所示，結果如下圖

創建界面屬性並賦給幾何體。

點擊（Assign Material Orientation）設定材料方向，選擇結合體，點擊滑鼠中鍵，選擇創建的圓柱坐標系，完成材料方向的設定。

3）創建裝配體。

4）創建熱傳導分析步

建立熱傳導分析步，時長為3600s。

步長為60s。

5）設定表面熱對流條件

側面

頂面底面

6）創建邊界條件及載荷

創建體熱流（body heat flux），採用用戶自定義的

創建初始預定義溫度場

創建用戶子程序dflux.for，內容如下

7）劃分網格，，單元類型為DC3D8， 網格劃分結果如下

8）創建分析任務

在General 下user subroutine file下選擇創建的用戶子程序。

9）提交任務，並進行後處理，查看溫度分布結果。

文章整體思路源於文獻鋰離子動力電池熱分析與散熱優化

文章如有不妥之處，歡迎交流討論。

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