预防锂离子电池过热的高效仿真方法

主要观点总结

本文探讨了锂离子电池组的热模拟问题，介绍了使用多物理场仿真分析锂离子电池温度分布的方法。文章重点讨论了高保真建模和集总建模两种方法，以及如何模拟锂离子电池组中的热分布，并使用一个仿真App作为示例。此外，文章还涉及电池组内部温度对电池性能的影响以及如何使用仿真App优化电池设计过程。

关键观点总结

关键观点1: 锂离子电池为各种设备提供电能，控制其工作时的内部温度分布是关键。

锂离子电池广泛应用于各种设备，从玩具到医疗设备再到电动汽车。为了确保其性能，需要控制电池工作时的内部温度分布。

关键观点2: 高保真建模和集总建模是两种常用的电池热模拟方法。

高保真建模提供详细的性能和行为理解，但计算成本高；集总建模则提供可接受的精度和较低的计算成本。

关键观点3: 使用集总建模方法模拟的电池组热模型示例。

文章给出了一个使用集总建模方法建立的电池组热模型示例，包括模型几何结构、参数设置和模拟结果。

关键观点4: 仿真App在电池设计优化中的应用。

COMSOL Multiphysics中的锂电池组设计器App是一个用户友好的仿真App示例，可以帮助优化电池设计过程。

正文

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锂电池组设计器仿真 App 模型中，由 200 个电池组成的电池模块，文末我们将对此进一步讨论。

接下来的部分，我们将分享一个使用集总建模方法建立的电池组热模型示例。其中，电池组的几何形状被建立为 3D，集总电池接口用于定义单个电池单元的热特性。

COMSOL Multiphysics® 中的集总建模方法

让我们看看如何在 4C 放电电流下模拟电池组中的温度分布。

我们要模拟的电池组（或模块）由 6 对圆柱形电池组成，它们被连接在一起形成 6 节串联、2 节并联 (6s2p) 的配置，这种电池组在玩具和便携式医疗器械等小型设备中很常见。请注意，相同的建模程序可用于模拟数百个电池，例如汽车中的电池模组，详见上图中的电池模组。

使用两个对称平面可以确保只需要计算三个单电池单元的温度分布。模型中添加了三个集总电池接口用于定义各自的热源，然后将它们与传热接口耦合。

示例模型的几何结构。

电池组中电池的位置会影响他们工作时的温度。在该模型中，三个 21700 圆柱电芯（直径 21mm，高 70mm）彼此相邻放置。根据 6s2p 的配置，小的铝连接条位于圆柱的顶部和底部。假设整个电池组被包裹在塑料中，形成一个充满空气的域。假设每个电池的额定容量为 4Ah，额定电压为 3.7V，则该电池组的额定容量约为 178Wh。

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