锂电池包热失控
这个例子展示了如何建模在锂离子电池热失控。模型测量细胞热生成,细胞-细胞热级联,和随后的细胞,温度上升的设计为基础。电池热失控的滥用热量计算量热计的数据。模拟运行评估细胞的数量进入失控的模式,当一个细胞被滥用。延迟或取消的细胞间热级联,这个示例模型之间的热屏障细胞。
模型概述
示例模型一个电池组,由八个pouch-shaped锂电池。细胞互相接触。外部加热器滥用第一个单元格。加热器加热第一个单元格足以启动热失控反应。滥用期间,模型使用热量计的数据来估计细胞裂解炉燃烧生成和模拟所需的时间由其他细胞进入各自失控反应。停止热级联,这个示例模型细胞4和5之间的热屏障。然后,它计算的厚度这一障碍,以防止第五单元进入热失控。这些是电池组的参数:
温度(T)向量的dT / dT是列表,T——温度值的温度随时间的导数定义,指定为一个标量数组。从量热计测试获得这些数据通常是在一个锂离子电池。
温度变化速率(dT / dT)向量,dT / dT-导数的温度随着时间的推移,指定为一个标量数组的大小相同温度(T)向量的dT / dT是列表,T参数。从量热计测试获得这些数据通常是在一个锂离子电池。
热滥用反应的热化学反应建模使用量热法数据,指定为一个标量。
活跃的反应物质量与细胞群的一小部分反应物的质量或使用的活性物质热滥用反应,指定为大于一小部分
0。这个分数的值等于反应物的质量除以总细胞的质量。
细胞的数量在堆栈电池组的细胞数量,指定为大于1的整数。
细胞高度——细胞高度,指定为一个积极的标量。
单元格的宽度——细胞宽度,指定为一个积极的标量。
细胞厚度——细胞厚度、指定为一个积极的标量。
细胞密度细胞密度,指定为一个积极的标量。
细胞比热——细胞比热,指定为一个积极的标量。
环境的传热系数——细胞传热系数,指定为一个积极的标量。
细胞的热导率——细胞穿过平面导热系数值,指定为一个积极的标量。
细胞初始温度向量——细胞初始温度,指定为一个向量。在这个向量的元素数量必须相等的价值细胞的数量在堆栈参数。
细胞间间隙长度向量单个细胞之间的距离,指定为一个向量。在这个向量的元素数量必须相等的价值细胞的数量在堆栈参数- 1。
细胞间间隙热质量的向量——热质量的材料在每个单元格之间的差距,指定为一个向量。在这个向量的元素数量必须相等的价值细胞的数量在堆栈参数- 1。
细胞间差距导热系数向量-热导率的材料在每个单元格之间的差距,指定为一个向量。在这个向量的元素数量必须相等的价值细胞的数量在堆栈参数- 1。
定义外部供热,热质量变化,和每个单元的热导率,指定这些输入:
Qw——外部热量输入每一个细胞,指定为一个向量的标量。
mCp——热质量变化的每一个细胞,指定为大于0的一小部分。获得细胞的实际热质量,这个值是增加细胞热质量。的mCp端口值模型的变化细胞热质量的细胞反应。在这个例子中,mCp端口值不随时间变化或细胞反应。
厚度——导热系数变化的每一个细胞,指定为大于0的一小部分。获得细胞的实际的导热系数,这个值是增加细胞的热导率参数。的厚度端口值模型细胞的变化由于释放出的气体热导率和细胞变得空洞。在这个例子中,厚度端口值不随时间变化或细胞反应。
访问单元温度输出和反应程度,使用这两个输出:
T——温度电池组的所有细胞,指定为一个向量的标量。
x——所有的细胞反应程度的电池组,指定为一个向量的标量。
控制概述
加热器的控制子系统管理操作。加热器提供了恒功率模块中的第一个单元格,等于的价值HeaterPowerToCell工作空间变量ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m文件。加热器功率= f (ExtentReaction)和加热器功率= f (T)块的控制子系统检查加热器电源输入基于细胞的测量温度。如果电池温度大于截止温度极限,指定的stopHeaterWhenTempAbove工作空间变量,加热器开关。
仿真结果
在工作空间变量ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m文件设置所有参数和输入。所有细胞的初始温度是300 KstopHeaterWhenTempAbove工作空间变量= 443 K。加热器提供了恒功率等于500 W第一个单元格。当电池温度达到指定的值stopHeaterWhenTempAbove,加热器开关了。然后,细胞-细胞热级联过程开始。第一个单元格出现热失控反应,其次是所有后续的细胞。电池组的热量,你必须删除的数量成正比的细胞失控反应。在这个例子中,电池组可以安全地控制总热能等于四个细胞的热能量。减缓或停止层叠,防止损伤的细胞,您必须添加热细胞之间的壁垒。这个示例模型之间的热障第四和第五单元。的细胞间的差距热障的特征参数模型。您可以编辑该参数通过指定这些工作空间变量ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m文件:
cellToCellGapLen (1、4)等于0.005,或5毫米。
cellToCellGapThermalMass (1、4)等于50 J / K。
cellToCellGapThermalK (1、4)等于0.05 W / m * K。
这些规范,热失控的停在第四单元。第五,第六,第七,第八细胞不热失控的经验。结果表明5毫米热障足以管理热因热层叠的传播和失控的反应。
仿真结果没有保温层
这些情节显示单元温升和热失控的在所有的细胞包之间没有热障第四和第五单元。
