电池模组热扩散精准建模及高效仿真研究

电池系统热失控扩散仿真是电池系统研发过程中的重要环节,其结果能够为电池系统安全设计优化提供指导建议。因此,在满足系统模型精度的前提下,为大幅提高研发效率,非常有必要对热失控扩散的数学模型进行合理简化。本文采用“单体-模组”的研究思路,基于传统热失控试验和数值模拟的结果,构建了以归一性生热方程为核心的简化电池模组热失控扩散模型,研究模型准确性及计算效率。结果表明:简化模型的计算时间为37 min,而相同条件下传统模型的计算时间为90 min左右,在模型精度达到90%的前提下,计算时间缩短了约2/3,显著降低了计算成本。本文的研究对电池包级别的热扩散高效快速仿真提供技术参考。

基于LS-DYNA的新能源汽车整车托底仿真研究

阐述新能源整车托底仿真的基本流程与结果判定,对比整车托底仿真中电池包建模与整车建模的差异。设置不同工况的仿真试验,验证不同条件下电池托底发生时电池的损伤变形情况,旨在为今后电池托底测试试验及电池底部防护优化设计提供参考。

触发位置对锂离子电池模组热扩散特性的影响

针对锂离子电池热扩散问题,以18650三元锂离子电池为研究对象,搭建了模组的热扩散模型,研究了模组中不同位置单体触发热失控后对整个模组热扩散的影响。基于锂离子电池热失控反应机理和热传导机理建立了单体电池在绝热条件下的热失控模型,并通过设计相应试验验证模型的准确性,仿真结果与试验结果吻合较好。以单体电池热失控模型为基础,搭建模组热扩散模型,研究了模组中不同位置单体触发热失控对模组热扩散的影响。结果表明:中心位置单体触发热失控,热失控行为呈放射状向周围扩散,且每次都是两个单体电池一起发生热失控,在40 s左右,模组一侧的电池全部达到热失控触发温度;边缘位置单体触发热失控,热失控行为依次向周围扩散,且每次只有一个单体发生热失控,大约50 s的时间,模组一侧的电池全部达到热失控触发温度。最后,基于热扩散模型研究了不同隔热材料对模组热扩散速率延缓的作用。

高比能锂离子电池模组热扩散行为仿真研究

针对锂离子电池热扩散防护问题,以50 Ah三元锂离子电池为研究对象,搭建了加热条件下锂离子电池模组的热扩散模型,研究了不同隔热材料和对流换热系数对锂离子电池模组热扩散行为的影响。基于锂离子电池的热失控反应机理和热传导机理建立了单体电池热失控模型,模型误差小于6%。以单体电池热失控模型为基础,搭建了5个电池并联的电池模组热扩散模型,并设计相关试验验证了模型的准确性,仿真结果与试验结果相符。利用热扩散模型研究了隔热材料和对流换热系数对电池热扩散行为的影响。结果表明:隔热材料的导热系数越大,模组中第1个电池触发热失控的时间越长,电池模组发生热扩散的时间越短,热失控延滞期减小;对流换热系数越大,电池模组发生热扩散的时间越长,热失控延滞期增加。

锂离子电池热失控仿真研究

本文以60Ah的NCM811软包锂离子电池为研究对象,采用数值模拟的方法研究了加热条件下锂离子电池的热失控行为。基于锂离子电池热失控的副反应机理以及热传导理论,建立单体电池绝热热失控模型,模型误差小于2%。设计相关试验测试单体电池热失控过程中的产气特性,以单体电池绝热热失控模型为基础,建立外部加热条件下的热失控模型,模型误差小于5%,且模型模拟了锂离子电池热失控过程中的烟气喷射行为。本文所建立的模型为后续研究人员研究电池热失控过程中的烟气扩散行为奠定的基础。

不同隔热环境下锂离子电池热扩散行为研究

随着新能源汽车保有量的不断增加,每年发生的新能源汽车燃烧爆炸事故也在不断增加,其根本原因是锂离子电池热失控引发的整车起火燃烧。针对锂离子电池的热失控问题,以5块单体容量为50 Ah的三元锂离子电池为研究对象,开展了开放环境不放置隔热材料、开放环境放置隔热材料和半封闭环境下放置隔热材料的模组热扩散研究。研究结果表明:相对于开放环境,放置隔热材料可将模组的热扩散时间延长3.5倍左右,且火焰对模组的热扩散具有很大的促进作用。在模组设计过程中,选择合适的隔热材料和预留泄压通道可数倍延长模组的热扩散时间,从而增加新能源汽车着火的救援时间。

充液阀系对液力缓速器制动转矩起效的迟滞影响

迅速起效是重型车辆对液力缓速辅助制动系统的核心需求之一,但目前对液力缓速器工作腔内从气相到液相间瞬态制动起效过程的预测方法难以考虑充液阀系流动状态的影响,导致制动转矩起效时间的预测与测试存在较大偏差。为获取阀系对充液过程影响规律以准确预测制动起效时间,分别构建有无考虑充放液阀系流动的两种全流道液力缓速器计算模型,以全气相流场作为充液瞬态数值模拟初始条件,以流体进出充放液阀流速作为仿真边界条件,对比研究两种模型在制动过程中内流场参数分布特征,以及对应缓速制动转矩的瞬态变化趋势,并进行试验验证。结果表明,充液阀系对瞬态制动转矩起效具有明显的迟滞效应,未考虑阀系模型的瞬态制动特性计算结果与试验存在明显偏差,尤其对起效时间的预测过于理想化,而实测给定工况下最大时间迟滞可达4 s;考虑充放液阀系流动的液力-液压集成流动模型的预测精度较高,起效时间偏差不足0.8 s。利用所提出的预测方法能够为液力缓速器制动控制策略设计和整车制动系统设计提供理论依据。