Mit dem Anstieg der Verkaufszahlen und der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen kommt es auch immer wieder zu Bränden. Die Entwicklung eines effizienten Wärmemanagementsystems stellt dabei ein zentrales Problem dar, das die Weiterentwicklung dieser Fahrzeuge einschränkt. Die Entwicklung eines stabilen und effizienten Wärmemanagementsystems ist daher von großer Bedeutung für die Verbesserung der Sicherheit von Elektrofahrzeugen.
Die thermische Modellierung von Lithium-Ionen-Batterien bildet die Grundlage für deren Wärmemanagement. Dabei sind die Modellierung der Wärmeübertragungs- und Wärmeerzeugungscharakteristika zwei wichtige Aspekte. Bisherige Studien zur Modellierung der Wärmeübertragungseigenschaften von Batterien gehen von einer anisotropen Wärmeleitfähigkeit aus. Daher ist es für die Entwicklung effizienter und zuverlässiger Wärmemanagementsysteme für Lithium-Ionen-Batterien von großer Bedeutung, den Einfluss verschiedener Wärmeübertragungspositionen und -flächen auf die Wärmeabfuhr und Wärmeleitfähigkeit zu untersuchen.
Die 50-Ah-Lithium-Eisenphosphat-Batteriezelle diente als Forschungsobjekt. Ihre Wärmeübertragungseigenschaften wurden detailliert analysiert und ein neues Wärmemanagementkonzept vorgeschlagen. Die Zellform ist in Abbildung 1 dargestellt, die spezifischen Größenparameter in Tabelle 1. Der Aufbau einer Lithium-Ionen-Batterie umfasst im Allgemeinen positive Elektrode, negative Elektrode, Elektrolyt, Separator, positive Elektrodenzuleitung, negative Elektrodenzuleitung, Mittelanschluss, Isoliermaterial, Sicherheitsventil und PTC (positiver Temperaturkoeffizient).PTC-Kühlmittelvorwärmer/PTC-Lufterhitzer) Thermistor und Batteriegehäuse. Zwischen den positiven und negativen Polstücken befindet sich ein Separator. Der Batteriekern wird durch Wickeln oder durch Laminieren der Polgruppe gebildet. Die mehrschichtige Zellstruktur wird vereinfacht, indem ein Zellmaterial gleicher Größe verwendet wird. Die thermophysikalischen Parameter der Zelle werden, wie in Abbildung 2 dargestellt, äquivalent behandelt. Das Batteriezellmaterial wird als quaderförmige Einheit mit anisotropen Wärmeleitfähigkeitseigenschaften angenommen. Die Wärmeleitfähigkeit (λz) senkrecht zur Stapelrichtung ist kleiner als die Wärmeleitfähigkeit (λx, λy) parallel zur Stapelrichtung.
(1) Die Wärmeabfuhrkapazität des Wärmemanagementsystems der Lithium-Ionen-Batterie wird von vier Parametern beeinflusst: der Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Wärmeabfuhrfläche, dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Wärmequelle und der Wärmeabfuhrfläche, der Größe der Wärmeabfuhrfläche des Wärmemanagementsystems und der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeabfuhrfläche und der Umgebung.
(2) Bei der Auswahl der Wärmeabfuhrfläche für das Wärmemanagement von Lithium-Ionen-Batterien ist die seitliche Wärmeabfuhr des ausgewählten Untersuchungsobjekts besser als die Wärmeabfuhr über die Unterseite. Bei quadratischen Batterien unterschiedlicher Größe ist es jedoch notwendig, die Wärmeabfuhrkapazität verschiedener Wärmeabfuhrflächen zu berechnen, um den besten Kühlort zu bestimmen.
(3) Die Formel dient zur Berechnung und Bewertung der Wärmeableitungskapazität, und die numerische Simulation dient der Überprüfung, ob die Ergebnisse vollständig übereinstimmen. Dies zeigt, dass die Berechnungsmethode effektiv ist und als Referenz bei der Auslegung des Wärmemanagements von quadratischen Zellen verwendet werden kann.BTMS)
Veröffentlichungsdatum: 27. April 2023
