Литий Пакет Тепловых пробоев
Этот пример показов, как смоделировать тепловой пробой в литий-ионном блоке батарей. Модель измеряет генерацию камеры тепла, каскад камеры камеры тепла и последующее повышение температуры в камеры, основываясь на проекте. Теплота камеры теплового пробоя злоупотребления вычисляется с помощью данных калориметра. Симуляция выполняется, чтобы оценить количество камер, которые переходят в режим сбега, когда злоупотребляет только одна камера. Чтобы задержать или отменить тепловое каскадирование ячейки в ячейку, этот пример моделирует тепловой барьер между камерами.
Обзор модели
Пример моделирует блок батарей, которая состоит из восьми литий-ионных камер в форме мешка. Эти камеры находятся в контакте друг с другом. Внешний нагреватель злоупотребляет первой камерой. Нагреватель нагревает первую камеру достаточно, чтобы начать реакцию теплового пробоя. В течение периода злоупотребления модель использует данные калориметра, чтобы оценить камеру самонагрева генерации и моделирует время, необходимое другим камерам, чтобы перейти в свои соответствующие беглые реакции. Чтобы остановить термическое каскадирование, этот пример моделирует тепловой барьер между камерой 4 и камерой 5. Затем он вычисляет толщину этого барьера, чтобы предотвратить переход пятой камеры в тепловой пробой. Вот параметры в блоке батарей:
Вектор температуры (T), над которым сведен в таблицу dT/dt, T - значения температуры, при которых определяется производная температуры со временем, заданные как массив скаляров. Эти данные обычно получают из калориметрического теста на одной литий-ионной камере.
Скорость изменения температуры (dT/dt) вектор, dT/dt - Производная от температуры со временем, заданная как массив скаляров того же размера вектора Temperature (T), над которым приведен dT/dt, параметр T. Эти данные обычно получают из калориметрического теста на одной литий-ионной камере.
Реакция теплоты злоупотребления - Теплота химической реакции, смоделированная с использованием данных калориметрии, заданная как скаляр.
Масса активного реагента как доля массы камеры - Масса реагента или активного материала, используемого в реакции термоудаления, заданная как доля, больше
0. Значение этой фракции равно массе реагента, разделенной на общую массу камеры.
Количество камер в стеке - Количество камер в блок батарей, заданное как целое число, больше единицы.
Камера высота - Камера высота, заданная как положительная скалярная величина.
Камера ширина - Камера ширина, заданная как положительная скалярная величина.
Камера толщина - Камера толщина, заданная как положительная скалярная величина.
Камера плотность - Камера плотность, заданная как положительная скалярная величина.
Камера удельное тепло - Камера удельное тепло, заданное как положительная скалярная величина.
Коэффициент теплопередачи к окружающему - Камера коэффициент теплопередачи, заданный как положительная скалярная величина.
Камера теплопроводность - Камера значение теплопроводности через плоскость, заданное как положительная скалярная величина.
Вектор начальной температуры камеры - начальная температура камеры, заданная в виде вектора. Количество элементов в этом векторе должно быть равно значению параметра Number of cell in stack.
Вектор длины промежутка между ячейками - Расстояние между отдельными камерами, заданное как вектор. Количество элементов в этом векторе должно быть равно значению параметра Number of cell in stack - 1.
Вектор тепловой массы зазора между ячейками - тепловая масса материала в зазоре между каждой камерой, заданная как вектор. Количество элементов в этом векторе должно быть равно значению параметра Number of cell in stack - 1.
Вектор тепловой проводимости между ячейками - Теплопроводность материала в зазоре между камерами, заданная как вектор. Количество элементов в этом векторе должно быть равно значению параметра Number of cell in stack - 1.
Чтобы задать вход внешнего тепла, изменение тепловой массы и теплопроводность каждой камеры, задайте следующие входы:
Qw - вход внешнего тепла в каждую камеру, заданный как вектор скаляров.
mCp - изменение тепловой массы каждой камеры, заданное как доля, больше 0. Чтобы получить фактическую тепловую массу камеры, это значение умножается на тепловую массу камеры. Значение порта mCp моделирует изменения тепловой массы камеры при реагировании камеры. В этом примере значение порта mCp не изменяется со временем или клеточной реакцией.
thK - Изменение теплопроводности каждой камеры, заданное как доля, больше 0. Чтобы получить фактическую теплопроводность камеры, это значение умножается на параметр теплопроводности камеры. Значение порта thK моделирует изменения теплопроводности камеры из-за того, что газы вытесняются, и камера становится пустой. В этом примере значение порта thK не изменяется со временем или клеточной реакцией.
Чтобы получить доступ к выходу температуры камеры и степени реакции, используйте эти два выхода:
T - Температура всех камер в блок батарей, заданная как вектор скаляра.
x - Степень реакции для всех камер в блок батарей, заданная как вектор скаляра.
Обзор управления
Подсистема управления управляет операциями нагревателя. Нагреватель обеспечивает постоянную степень первой камеры в модуле, равную значению HeaterPowerToCell переменная рабочей области в ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m файл. Блоки Степень Нагревателя = f (ExtendentReaction) и Степень Нагревателя = f (T) в Подсистеме Управления проверяют вход степени нагревателя на основе измерений температуры камеры. Если температура камеры больше предела отключения температуры, заданного stopHeaterWhenTempAbove переменная рабочей области, нагреватель отключается.
Результаты симуляции
Переменные рабочей области в ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m файл устанавливает все параметры и входы. Начальная температура всех камер составляет 300 К, и stopHeaterWhenTempAbove переменная рабочей области равна 443 K. Нагреватель обеспечивает постоянную степень, равную 500 Вт для первой камеры. Когда температура камеры достигает значения, заданного в stopHeaterWhenTempAbove, нагреватель переключается. Затем начинается процесс термического каскадирования камеры в ячейку. Первая камера испытывает тепловой пробой реакцию, за которой следуют все последующие камеры. Тепло, которое вы должны удалить из блока батарей, прямо пропорционально количеству камер, которые испытывают беглую реакцию. В этом примере блок батарей может безопасно содержать общую тепловую энергию, равную тепловой энергии четырёх камер. Чтобы замедлить или остановить каскадирование и предотвратить повреждение камер, необходимо добавить тепловые барьеры между камерами. Этот пример моделирует тепловой барьер между четвертой и пятой камерами. Параметр Cell-to-cell gap моделирует характеристики теплового барьера. Можно отредактировать этот параметр, задав эти переменные рабочей области в ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m файл:
cellToCellGapLen (1,4) равен 0,005 или 5 миллиметрам.
cellToCellGapThermalMass (1,4) равен 50 Дж/К.
cellToCellGapThermalK (1,4) равен 0,05 Вт/м * К.
С помощью этих спецификаций тепловой пробой останавливается в четвертой камере. Пятые шестые седьмые и восьмые камеры не испытывают тепловые пробои. Результаты показывают, что теплового барьера 5 миллиметров достаточно, чтобы управлять распространением тепла из-за термических каскадных и беглых реакций.
Результаты симуляции без термического барьера
Эти графики показывают камере повышение температуры и теплового пробоя во всех камерах пакета, когда нет теплового барьера между четвертыми и пятыми камерами.
