Тепловой пробой пакета Lithium
В этом примере показано, как смоделировать тепловой пробой в пакете литий-ионного аккумулятора. Модель измеряет выделение тепла ячейки, ячейка "тепла ячейки, чтобы" расположиться каскадом, и последующее повышение температуры в ячейках, на основе проекта. Тепло злоупотребления теплового пробоя ячейки вычисляется с помощью данных о калориметре. Симуляция запущена, чтобы оценить количество ячеек, которые входят в безудержный режим, когда всего одной ячейкой злоупотребляют. Чтобы задержать или отменить межклеточное тепловое расположение каскадом, этот пример демонстрирует тепловой барьер между ячейками.
Обзор модели
Пример демонстрирует блок батарей, который состоит из восьми литий-ионных ячеек, имеющих форму мешочка. Ячейки находятся в контакте друг с другом. Внешний нагреватель злоупотребляет первой ячейкой. Нагреватель нагревает первую ячейку достаточно, чтобы запустить реакцию теплового пробоя. В период злоупотребления модель использует данные о калориметре, чтобы оценить самовыделение тепла ячейки и симулирует время, необходимое другим ячейкам, чтобы войти в их собственные соответствующие безудержные реакции. Чтобы остановить тепловое расположение каскадом, этот пример демонстрирует тепловой барьер между ячейкой 4 и ячейкой 5. Затем это вычисляет толщину этого барьера, чтобы предотвратить пятую ячейку, чтобы войти в тепловой пробой. Это параметры в блоке батарей:
Температура (T) вектор, по которому dT/dt сведен в таблицу, T — Температурные значения, в которых производная температуры со временем задана в виде массива скаляров. Эти данные обычно получаются из теста калориметра на одной литий-ионной ячейке.
Уровень изменения температуры (dT/dt) вектор, dT/dt — Производная температуры со временем в виде массива скаляров, одного размера из Температуры (T) вектор, по которому dT/dt сведен в таблицу, T параметр. Эти данные обычно получаются из теста калориметра на одной литий-ионной ячейке.
Тепло реакции злоупотребления — Тепло химической реакции, смоделированной с помощью данных о калориметрии в виде скаляра.
Активная масса реагента как часть клеточной массы — Масса реагента или активного материала, используемого в тепловой реакции злоупотребления в виде части, больше, чем
0. Значение этой части равно массе реагента, разделенного на общую массу ячейки.
Количество ячеек в стеке — Количество ячеек в блоке батарей в виде целого числа, больше, чем одно.
Ширина ячеек — Ширина ячеек в виде положительной скалярной величины.
Ширина ячеек — Ширина ячеек в виде положительной скалярной величины.
Толщина ячейки — толщина Ячейки в виде положительной скалярной величины.
Плотность ячейки — плотность Ячейки в виде положительной скалярной величины.
Удельная теплоемкость ячейки — удельная теплоемкость Ячейки в виде положительной скалярной величины.
Коэффициент теплопередачи к окружающей среде — коэффициент теплопередачи Ячейки в виде положительной скалярной величины.
Теплопроводность ячейки — Ячейка значение теплопроводности через плоскость в виде положительной скалярной величины.
Вектор температуры начальной буквы ячейки — температура начальной буквы Ячейки в виде вектора. Число элементов в этом векторе должно быть равно значению Количества ячеек в параметре стека.
Межклеточный вектор длины разрыва — Расстояние между отдельными ячейками в виде вектора. Число элементов в этом векторе должно быть равно значению Количества ячеек в параметре стека - 1.
Межклеточный вектор количества тепла разрыва — Количество тепла материала в разрыве между каждой ячейкой в виде вектора. Число элементов в этом векторе должно быть равно значению Количества ячеек в параметре стека - 1.
Межклеточный вектор теплопроводности разрыва — Теплопроводность материала в разрыве между каждой ячейкой в виде вектора. Число элементов в этом векторе должно быть равно значению Количества ячеек в параметре стека - 1.
Чтобы задать внешний вход тепла, изменение количества тепла и теплопроводность каждой ячейки, задают эти входные параметры:
QW — Внешний вход тепла к каждой ячейке в виде вектора из скаляров.
mCp — изменение Количества тепла каждой ячейки в виде части, больше, чем 0. Чтобы получить фактическое количество тепла ячейки, это значение умножается к количеству тепла ячейки. Значение порта mCp моделирует изменения в количестве тепла ячейки, когда ячейка реагирует. В этом примере значение порта mCp не изменяется с реакцией ячейки или временем.
thK — Изменение теплопроводности каждой ячейки в виде части, больше, чем 0. Чтобы получить фактическую теплопроводность ячейки, это значение умножается к параметру теплопроводности Ячейки. thK значение порта моделирует изменения в теплопроводности ячейки из-за газов, вентилируемых и полое становление ячейки. В этом примере thK значение порта не изменяется с реакцией ячейки или временем.
К температуре ячейки доступа выход и степень реакции, используйте эти два выходных параметров:
T Температура всех ячеек в блоке батарей в виде вектора из скаляра.
x\Степень U-2014\реакции для всех ячеек в блоке батарей в виде вектора из скаляра.
Обзор средств управления
Подсистема Средств управления справляется с работой нагревателя. Нагреватель предоставляет постоянную степень первой ячейке в модуле, равном значению HeaterPowerToCell переменная рабочей области в ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m файл. Степень Нагревателя = f (ExtentReaction) и Степень Нагревателя = f (T) блокируются в проверке подсистемы Средств управления на входную мощность нагревателя на основе измерений температуры ячейки. Если температура ячейки больше температурного предела сокращения, заданного stopHeaterWhenTempAbove переменная рабочей области, нагреватель выключает.
Результаты симуляции
Переменные рабочей области в ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m файл установил все параметры и входные параметры. Начальная температура всех ячеек является 300 K и stopHeaterWhenTempAbove переменная рабочей области равна 443 K. Нагреватель обеспечивает постоянную степень, равную 500 Вт к первой ячейке. Когда температура ячейки достигает значения, заданного в stopHeaterWhenTempAbove, нагреватель выключает. Затем ячейка - тепловой каскадный процесс к ячейке начинается. Первая ячейка испытывает реакцию теплового пробоя, сопровождаемую всеми последующими ячейками. Тепло, которое необходимо удалить из блока батарей, прямо пропорционально количеству ячеек, которые испытывают безудержную реакцию. В этом примере блок батарей может безопасно содержать общую тепловую энергию, равную тепловым энергиям четырех ячеек. Чтобы замедлиться или остановить расположение каскадом и предотвратить повреждение ячеек, необходимо добавить тепловые барьеры между ячейками. Этот пример демонстрирует тепловой барьер между четвертой и пятой ячейкой. Межклеточный параметр разрыва моделирует характеристики теплового барьера. Можно отредактировать этот параметр путем определения этих переменных рабочей области в ssc_lithium_pack_thermalRunaway_ini.m файл:
cellToCellGapLen (1,4) равен 0,005, или 5 миллиметров.
cellToCellGapThermalMass (1,4) равен 50 J/K.
cellToCellGapThermalK (1,4) равен 0.05 W/m*K.
С этими техническими требованиями тепловой пробой останавливается в четвертой ячейке. Пятые, шестые, седьмые, и восьмые ячейки не испытывают тепловой пробой. Результаты показывают, как 5-миллиметрового теплового барьера достаточно, чтобы справиться с распространением тепла из-за теплового расположения каскадом и безудержных реакций.
Результаты симуляции без теплового барьера
Эти графики показывают повышение температуры ячейки и тепловой пробой во всех ячейках пакета, когда нет никакого теплового барьера между четвертыми и пятыми ячейками.
