В этом примере показано, как моделировать тепловое бегство в блоке литий-ионных батарей. Модель измеряет генерацию тепла в ячейке, каскад тепла между ячейками и последующее повышение температуры в ячейках на основе конструкции. Теплоотдачу от теплоотдачи клеток рассчитывают по данным калориметра. Моделирование выполняется для оценки количества ячеек, которые переходят в убегающий режим, когда используется только одна ячейка. Для задержки или отмены теплового каскадирования между ячейками в этом примере моделируется тепловой барьер между ячейками.
В примере моделируется батарейный блок, состоящий из восьми литий-ионных элементов в форме пакета. Клетки находятся в контакте друг с другом. Внешний нагреватель злоупотребляет первой ячейкой. Нагреватель нагревает первый элемент достаточно, чтобы начать тепловую реакцию. В течение периода злоупотребления модель использует данные калориметра для оценки генерации собственного тепла в клетке и моделирует время, необходимое другим клеткам для перехода в их собственные соответствующие реакции бегства. Чтобы остановить тепловое каскадирование, в этом примере моделируется тепловой барьер между ячейкой 4 и ячейкой 5. Затем он вычисляет толщину этого барьера, чтобы предотвратить переход пятой ячейки в тепловое бегство. Ниже приведены параметры в батарейном блоке:
Вектор температуры (T), над которым находится таблица dT/dt, T - значения температуры, при которых определяется производная температуры со временем, заданная как массив скаляров. Эти данные обычно получают из калориметрического теста на одном литий-ионном элементе.
Вектор скорости изменения температуры (dT/dt), dT/dt - производная температуры со временем, заданная как массив скаляров того же размера вектора температуры (T), над которым dT/dt находится в таблице, параметр T. Эти данные обычно получают из калориметрического теста на одном литий-ионном элементе.
Теплота реакции злоупотребления - теплота химической реакции, смоделированная с использованием калориметрических данных, указанных как скаляр.
Масса активного реагента в виде доли клеточной массы - масса реагента или активного материала, используемого в реакции термического злоупотребления, указанная как доля, превышающая 0. Величина этой фракции равна массе реагента, деленной на общую массу ячейки.
Количество ячеек в стеке - количество ячеек в батарейном блоке, указанное как целое число больше единицы.
Высота ячейки - высота ячейки, заданная как положительный скаляр.
Ширина ячейки - ширина ячейки, заданная как положительный скаляр.
Толщина ячейки - толщина ячейки, заданная как положительный скаляр.
Плотность ячейки - плотность ячейки, заданная как положительный скаляр.
Удельная теплота ячейки - удельная теплота ячейки, заданная как положительный скаляр.
Коэффициент теплопередачи в окружающую среду - коэффициент теплопередачи ячейки, определяемый как положительный скаляр.
Теплопроводность ячейки - значение теплопроводности ячейки через плоскость, указанное как положительный скаляр.
Вектор начальной температуры ячейки - начальная температура ячейки, заданная как вектор. Число элементов в этом векторе должно быть равно значению параметра Number of cells in stack.
Вектор длины межклеточного промежутка - расстояние между отдельными ячейками, указанное как вектор. Число элементов в этом векторе должно быть равно значению параметра Number of cells in stack - 1.
Вектор тепловой массы межклеточного промежутка - тепловая масса материала в промежутке между каждой ячейкой, указанная как вектор. Число элементов в этом векторе должно быть равно значению параметра Number of cells in stack - 1.
Вектор теплопроводности между ячейками - теплопроводность материала в зазоре между ячейками, определяемая как вектор. Число элементов в этом векторе должно быть равно значению параметра Number of cells in stack - 1.
Для определения внешнего подводимого тепла, изменения тепловой массы и теплопроводности каждой ячейки задайте следующие вводы:
Qw - внешний тепловой ввод в каждую ячейку, определяемый как вектор скаляров.
mCp - изменение тепловой массы каждой ячейки, определяемое как доля, превышающая 0. Для получения фактической тепловой массы ячейки это значение умножается на тепловую массу ячейки. Значение порта mCp моделирует изменения тепловой массы ячейки при ее реакции. В этом примере значение порта mCp не изменяется в зависимости от времени или реакции ячейки.
thK - изменение теплопроводности каждой ячейки, определяемое как доля, превышающая 0. Для получения фактической теплопроводности элемента это значение умножается на параметр теплопроводности элемента. Значение порта thK моделирует изменения теплопроводности ячейки из-за выпуска газов, и ячейка становится полой. В этом примере значение порта thK не изменяется со временем или реакцией ячейки.
Для доступа к выходному сигналу температуры ячейки и степени реакции используйте следующие два выхода:
T - температура всех элементов в батарейном блоке, заданная как вектор скаляра.
x - степень реакции для всех элементов в батарейном блоке, заданная как вектор скаляра.
Подсистема управления управляет работой нагревателя. Нагреватель обеспечивает постоянную мощность для первого элемента в модуле, равную значению HeaterPowerToCell переменная рабочей области в ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m файл. Блоки Heater Power = f (Реакция нагревателя) и Heater Power = f (T) в подсистеме управления проверяют входную мощность нагревателя на основе измерений температуры ячейки. Если температура ячейки превышает предельно допустимую температуру, заданную stopHeaterWhenTempAbove переменная рабочего пространства, нагреватель отключается.
Переменные рабочей области в ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m файл задает все параметры и входные данные. Начальная температура всех клеток составляет 300 K, и stopHeaterWhenTempAbove переменная рабочего пространства равна 443 К. Нагреватель обеспечивает постоянную мощность 500 Вт для первой ячейки. Когда температура ячейки достигнет значения, указанного в stopHeaterWhenTempAboveЗатем начинается процесс термического каскадирования между ячейками. Первая клетка испытывает тепловую побегающую реакцию, за которой следуют все последующие клетки. Тепло, которое необходимо удалить из батарейного блока, прямо пропорционально количеству элементов, которые испытывают беглую реакцию. В этом примере батарейный блок может безопасно содержать общую тепловую энергию, равную тепловой энергии четырех элементов. Чтобы замедлить или остановить каскадирование и предотвратить повреждение ячеек, необходимо добавить термические барьеры между ячейками. В этом примере моделируется тепловой барьер между четвертой и пятой ячейками. Параметр зазора между ячейками моделирует характеристики теплового барьера. Можно изменить этот параметр, указав эти переменные рабочей области в ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m файл:
cellToCellGapLen (1,4) равен 0,005 или 5 миллиметрам.
cellToCellGapThualMass (1,4) равен 50 Дж/К.
cellToCellGapThualK (1,4) равен 0,05 Вт/м * К.
С этими спецификациями тепловое бегство останавливается на четвертой ячейке. Пятая, шестая, седьмая и восьмая клетки не испытывают теплового побега. Результаты показывают, что 5-миллиметрового теплового барьера достаточно для управления распространением тепла из-за термического каскадирования и беглых реакций.
На этих графиках показано повышение температуры ячейки и тепловое исчезновение во всех ячейках пакета, когда между четвертой и пятой ячейками нет теплового барьера.
