王楠,李振,郝添翼,李雅泊,周喜超,张凯

• 1:国网综合能源服务集团有限公司
• 2:西安交通大学

摘要(Abstract)：

作为储能电站用储能电池，磷酸铁锂离子电池(下文简称为“锂离子电池”)的发热现象极易给储能电站造成运维安全隐患，分析锂离子电池在不同工况下的发热状况可有效减少其发热现象的产生。基于三维电化学-热耦合模型，提出了产热速率压缩降维方法，在保留电池表面温度不均衡特征的条件下进行了模型仿真研究。通过实验，研究了储能用锂离子电池在单次充放电循环过程中的表面温度值及温度分布变化，证明该模型能够准确反映储能用锂离子电池在充放电循环过程中的发热状况和温度变化趋势。研究结果可提高电化学储能电站的安全性，并为后续储能电池模组研究提供参考依据。

关键词(KeyWords)： 锂离子电池;电化学-热耦合模型;热性能;有限元分析;充放电循环;发热状况

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国网公司科技项目——大容量储能电站系统集成控制技术研究

作者(Author): 王楠,李振,郝添翼,李雅泊,周喜超,张凯

DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20220330.02

参考文献(References)：

• [1]李建林.双碳目标下储能系统关键技术及应用[J].电力工程技术,2021,40(3):1.
• [2]孙宜听,宗梦然,黄强,等.软包和硬壳磷酸铁锂单体电池过充热传播研究[J].电力工程技术,2020,39(6):191-198.
• [3]张华.基于内阻变化特征的动力锂电池模块故障在线诊断研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2017.
• [4]刘同宇,李师,付卫东,等.大容量磷酸铁锂动力电池热失控预警策略研究[J].中国安全科学学报,2021,31(11):120-126.
• [5]WANG D S,GAO Y Z,ZHANG X,et al.A novel pseudo two-dimensional model for NCM Li-ion battery based on electrochemical-thermal coupling analysis[C]//20203rd International Conference on Electron Device and Mechanical Engineering(ICEDME),May 1-3,2020,Suzhou,China.
• [6]冯旭宁.车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控[D].北京:清华大学,2016.
• [7]鄂加强,龙艳平,王曙辉,等.动力锂离子电池充电过程热模拟及影响因素灰色关联分析[J].中南大学学报:自然科学版,2013,44(3):998-1005.
• [8]姬芬竹,刘丽君,杨世春,等.电动汽车动力电池生热模型和散热特性[J].北京航空航天大学学报,2014,40(1):18-24.
• [9]宋士刚,李小平.电动汽车锂离子电池释热机理及电热耦合模型[J].电源技术,2016,40(2):280-282.
• [10]戴海燕,王玉兴.基于电化学热耦合模型的电动汽车电池模组热特性研究[J].汽车工程,2020,42(5):665-671.
• [11]YANG N,ZHANG X,SHANG B,et al.Unbalanced discharging and aging due to temperature differences among the cells in a lithium-ion battery pack with parallel combination[J].Journal of power sources,2016,306;733-741.
• [12]MEI W X,DUAN Q L,ZHAO C P,et al.Threedimensional layered electrochemical-thermal model for a lithium-ion pouch cell PartⅡ.The effect of units number on the performance under adiabatic condition during the discharge[J].International journal of heat and mass transfer,2020,148:119082.
• [13]DOYLE M,NEWMAN J,GOZDZ A S,et al.Comparison of modeling predictions with experimental data from plastic lithium ion cells[J].Journal of the electrochemical society,1996,143(6):1890-1903.
• [14]李建林,肖珩.锂离子电池建模现状综述[J].储能科学与技术,2022,11(2):697-703.
• [15]BOWER A F,GUDURU P R.A simple finite element model of diffusion,finite deformation,plasticity and fracture in lithium ion insertion electrode materials[J].Modelling and simulation in materials science and engineering,2012,20(4):45004-45023.
• [16]DOYLE M,FULLER T F,NEWMAN J.Modeling of galvanostatic charge and discharge of the lithium/polymer/insertion cell[J].Journal of the electrochemical society,1993,140(6):1526.
• [17]厉青峰.三元锂离子电池电化学-热耦合多尺度建模与热性能分析研究[D].济南:山东大学,2020.