《鋰離子動力電池電熱耦合特性理論與實驗研究》是依託北京交通大學，由張竹茜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋰離子動力電池電熱耦合特性理論與實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張竹茜
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋰離子電池的電化學反應機理、發熱機理以及電熱耦合特性才是動力電池熱管理研究的根本切入點。探究電池充放電過程中的反應物生成物擴散動力學及其與溫度場、電場之間的作用規律，對於提高電池的安全性能、實現動力電池組內部溫度場均勻性具有重要意義。目前對於鋰離子動力電池電化學與傳熱機理認知的不清晰，模型簡化不完善，特別是關於鋰離子在固液相化合物中的擴散動力學和電極材料界面的電化學機理還缺乏足夠的認識，而且高導熱相變材料在電池充放電過程中的蓄熱與散熱存在複雜的伴有相變、移動邊界情況的非線性對流換熱現象。本課題力圖通過理論和實驗研究，建立電池充放電條件下電化學反應和生熱傳熱耦合的理論模型，從本質上闡釋動力鋰離子電池熱效應的作用機理，分析相變儲能材料凝固與熔化過程及與鋰離子電池間的傳熱機理，提出影響電池溫度分布和提高電池組溫度均衡化的重要參數，用以指導鋰離子動力電池相變熱管理及低溫熱管理系統的最佳化設計。
結題摘要
本項目通過理論和實驗研究，建立了鋰離子動力電池電化學和生熱傳熱耦合理論模型，闡釋了電池熱效應作用機理，分析了相變儲能材料熔化過程與傳熱機理，提出電池組溫度均衡化的重要參數，用以指導鋰離子動力電池相變熱管理最佳化設計，對於增加電池容量和壽命具有重要意義。 首先通過電化學-熱耦合模型計算分析了動力電池放電過程中的生熱速率、電勢分布、電化學反應速度等對電池產熱和放電均勻性的影響，引入電池放電均勻性指數；實驗研究了放電倍率、三種熱管理方式以及環境溫度對鋰電池表面溫度的影響；分別開展了單介質及複合介質相變材料蓄熱過程的實驗研究和數值分析，對比了相變材料蓄熱特性包括相變回響時間、蓄熱時間以及溫度分布等，泡沫鋁或泡沫銅的添加提高了複合相變材料的相變回響速率，使相變材料的蓄熱能力能夠更快速且充分的得到利用, 尤其是在熱流方向及高度方向；同時開展了相變過程的理論分析，獲得了單介質石蠟和泡沫鋁/石蠟複合相變材料一維相變過程的理論解，並與實驗進行了對比；計算分析了均勻孔隙率和梯度分布孔隙率泡沫金屬複合相變材料的蓄熱密度和蓄熱速率，分析了熱特性參數的變化規律；研究了在高倍率放電條件下，複合相變材料熱管理方式對電池表面溫度的控制情況，並研究了在被動熱管理系統中加入主動冷卻方式以加快石蠟的凝固使其恢復冷卻能力，從而更有利於電池在實際循環過程中的套用。 研究工作達到了項目預期的研究目標，本項目截至結題已發表研究論文7篇，其中SCI檢索期刊6篇（含1篇ESI高被引論文），EI檢索期刊1篇，培養已畢業碩士研究生5名。
