Тепловой разгон аккумуляторной батареи

Тепловой разгон аккумулятора и моделирование процесса в SIMULIA Abaqus

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в сотовых телефонах, а также в электромобилях. Несмотря на то, что они очень удобны для повседневного использования, всегда есть проблема безопасности: тепловой разгон. Явление, возникающее при зарядке аккумулятора. Заключается в том, что увеличение температуры электролита приводит к росту зарядного тока, который может возрасти до значения, приближающегося к значению тока короткого замыкания.

В процессе работы аккумулятора происходит электролиз электролита с выделением водорода и кислорода. В штатно функционирующем аккумуляторе эти газы выводятся через специальные отверстия. Однако если эксплуатация велась с нарушениями, приведшими к недостатку электролита или повреждению сепараторов, кислород может начать окислять отрицательный электрод. В процессе окисления выделяется тепло и происходит разогрев электролита. Нагретый электролит имеет меньшее сопротивление, соответственно для данной банки будет использован больший ток зарядки, приводящий в свою очередь к увеличению количества выделяемого кислорода и водорода. Таким образом возникает положительная обратная связь и процесс самоускоряется.

Тепловой разгон может произойти при сочетании ряда факторов: недостатке электролита в элементах батареи; старении активной массы электродов; повышенном напряжении сети зарядки по сравнению с номинальным напряжением; повышении температуры окружающей среды и неблагоприятных условиях теплообмена батареи с окружающей средой. Тепловому разгону могут способствовать большие эксплуатационные нагрузки.

Как следствие теплового разгона, температура батареи повышается, что влечёт за собой вероятность дымовыделения, короткого замыкания и даже взрыва выделенного кислорода и водорода.

Возможность теплового разгона является одной из неприятных особенностей щёлочных аккумуляторов, влияющей на безопасность их применения на транспортных средствах и местах без достаточной вентиляции.

Важно предотвратить тепловой разгон в аккумуляторных батареях и возможность моделирования теплового разгона становится все более важной для прогнозирования потенциальной аварии.

Abaqus

Решение от инженеров Dassault Systemes SE

Команда Dassault Systèmes использовала SIMULIA Abaqus для моделирования теплового разгона с помощью пользовательской подпрограммы. Модель теплового разгона может быть смоделирована с помощью формулы типа Аррениуса, учитывающей SEI и разложение электролита. Главное преимущество пользовательской подпрограммы это успешное и точное прогнозирование теплового разгона аккумуляторной батареи.

На практике свойства материала аккумуляторной батареи для теплового разгона должны быть откалиброваны по результатам испытаний. Для одной цилиндрической ячейки рисунок показывает, как изменяется температура во время теплового разгона.

Abaqus может успешно моделировать тепловой разгон в 2-мерных моделях, а также в 3-мерных моделях. На рисунках ниже показано, как срабатывает тепловой разгон, когда время идет слева направо в 2-мерных и 3-мерных моделях.

Abaqus
Abaqus

Тепловой разгон аккумуляторной батареи электромобиля может быть очень опасным, но инженеры работают над разработкой методов, позволяющих сделать эти автомобили более безопасными для пассажиров, уменьшая последствия теплового разгона или, по крайней мере, замедляя его, чтобы пассажиры могли убежать до того, как произойдет пожар или взрыв. В целом было бы лучше, конечно, вообще не допускать теплового разгона. Моделирование с помощью Abaqus может предсказать условия, которые приводят к тепловому разгону, что позволяет инженерам лучше проектировать аккумуляторные батареи, способные противостоять этому потенциально катастрофическому событию.

Ссылка на источник: 3ds.com

    Академическое сообщество

    Согласен на обработку персональных данных.Политика конфиденциальности



      Скачать Abaqus Student Edition

      Ограниченная лицензия до 1000 узлов

      Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

        Скачать CST Studio Suite Student Edition

        Начните осваивать CST Studio Suite прямо сейчас

        Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

          Получить стоимость лицензии CST Studio Suite
          для исследовательской деятельности

          Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

            Получить стоимость лицензии CST Studio Suite
            на учебный класс

            Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

              Получить стоимость лицензии XFlow
              для исследовательской деятельности

              Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

                Получить стоимость лицензии XFlow
                на учебный класс

                Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

                  Бесплатная лицензия на месяц

                  Протестируйте решение на своей задаче

                  Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

                    Скачать Abaqus Student Edition

                    Ограниченная лицензия до 1000 узлов

                    Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

                      Получить стоимость лицензии SIMULIA Abaqus
                      для исследовательской деятельности

                      Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

                        Получить стоимость лицензии SIMULIA Abaqus
                        на учебный класс

                        Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

                          Скачать BIOVIA Draw

                          Бесплатная лицензия для академического сообщества

                          Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

                            Регистрация на вебинар

                            Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности



                              Регистрация на BIOVIA Conference 2021

                              Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности


                                Запрос коммерческого предложения

                                Согласен на обработку персональных данных. Политика конфиденциальности

                                Сообщить об опечатке

                                Текст, который будет отправлен нашим редакторам: