基于COMSOL的锂离子电池热失控仿真（开题报告）

论文题目基于COMSOL的锂离子电池热失控仿真选题来源口国家级、口省部级、口厅局口工程设计、口理论研究、口实验研级、口横向、☑自拟论文类型究、☑计算机仿真、口综合论文开题日期是否涉密口是☑否一、立题依据1、研究目的和意义在能源危机与环境污染的双重压力下，世界各国都在积极寻找能够替代传统能源的突破口。新能源汽车因具有低碳节能、绿色环保等优势，己经成为当前各国政府在能源替代方面致力研究的重点。我国自“十三五”计划以来，也加快了对新能源汽车研发的脚步，明确的提出将新能源汽车产业作为重点发展的战略型产业，同时，发展新能源汽车也是我国汽车产业从汽车大国迈向汽车强国实现转型的重要举措。电动汽车因具有高节能效率、零排放、低噪声等诸多优点，己经成为新能源汽车产业中的主要发展对象。动力电池作为电动汽车的主要能量源，在很大程度上会影响并制约着电动汽车的发展。电动汽车的车用动力锂离子电池相比于其它类型（铅酸电池、镍铬和镍氢电池等)的动力电池具有更加优异的性能，如高放电平台、高能量密度、低自放电率和无记忆效应等，可以更好地满足电动汽车对动力电池的诸多要求，特别是高镍三元锂离子电池在电动汽车上的应用越来越广泛。然而，锂离子电池在高温、过充过放电、碰撞和内短路等外界条件作用下会触发电池发生热失控，继而导致电动汽车发生起火、爆炸等危险事故，锂离子电池发生热失控是诱发电动汽车发生火灾事故的主要原因。因此，为减少或避免由锂离子电池热失控导致的电动汽车危险事故的发生，提高锂离子电池的使用安全性能，促进锂离子电池在电动汽车领域的商业化发展，对锂离子电池热安全性开展研究尤为重要。锂离子电池热失控的研究可以明确锂离子电池热失控时所表现出的热特性，同时分析发生热失控的特征温度，为电池的使用安全性提供理论依据，进一步有效规避锂离子电池发生热失控的风险2、国内外研究现状和发展趋势（不少于2000字）谭春华等利用ANSYS软件建立了锂离子电池的电一热耦合模型，对锂离子电池针刺过程中的温升过程进行了仿真模拟，模拟结果与试验得到的温升结果对比具有一致性，发现锂离子电池在针刺前期（未剧烈热失控）时，温升主要由短路电流导致，且电池能量密度的大小决定温升速率的快慢。邹时波为了探究锂离子电池针刺热失控过程中内部材料的稳定性和产热情况，利用C0S0Llultiphysics软件对26Ah的单体软包锂离子电池建立针刺热失控仿真，并结合针刺试验研究发现，在针刺热失控过程中，负极材料与电解液的反应产热是热失控过程中产热的主要来源，且产热不断由针刺点向外扩散，使电池温度持续增加。齐创等利用COMSOL Multiphysics软件搭建了某三元锂离子电池的三维电-热耦合模型，研究了不同倍率条件下的过充电电流对三元锂离子电池热失控时热特性的影响，并与试验测试结果相比较，验证了模型的准确性，在模拟过程中发现，锂离子电池热失控的发生时间会随着过充电电流倍率的增加而提早，热失控过程中电池表面的内外温差会随着过充电电流倍率的增加而增大Ren等利用COMSOL Multiphysics软件搭建了某锂离子电池的过充电热失控模型，对不同过充电倍率下的锂离子电池热失控进行模拟，模拟结果与1/3C、1/2C、1C绝热过充试验结果吻合良好，表明对过充热失控机理的捕捉良好，验证了模型的准确性：且作者进一步通过模型分析了热失控过程中的产热来源，发现在过充过程中，电解液氧化反应和沉积锂与电解液之间的反应是产热的主要来源。.1-黄文才利用COMSOL Multiphysics软件建立了三元正极材料的锂离子电池单体热失控模型，进行了不同高温情况下的热失控数值模拟，发现电池在147℃和175℃时电池内部反应剧烈，会发生热失控，且正极与电解液反应产热是热失控过程中热量的主要来源：进一步模拟不同传热系数、不同初始温度下电池的热失控，发现锂离子电池传热系数和初始温度对电池发生热失控的作用时间有明显影响。姚银花利用COMSOL Multiphysics软件搭建了某锂离子电池的三维热失控模型，对锂离子电池在不同高温环境中的热失控进行研究，模拟结果表明，160℃是该仿真电池的热失控触发温度，一旦温度高于160℃时，电池就具有发生热失控的风险性。崔灿也利用COMSOL Multiphysics软件建立了1O0Ah的锰酸锂电池三维热失控模型，模拟了该电池的高温热失控过程，研究发现，100℃左右是电池热失控开始的触发温度，且负极与电解液反应产热在热失控过程中起着主导作用，负极与电解液反应的产热量在热失控总产热量中的占比最高。陶欢利用COMSOL Multiphysics软件建立了某三元软包动力电池的高温热失控模型和针刺热失控模型，模拟研究了锂离子电池高温热失控过程和针刺热失控过程，在高温热失控过程中发现，电池发生热失控的风险性会随着环境温度的升高而增加：正极材料与电解液反应产热是热失控过程中的主要热源，在对不同的对流换热系数模拟中表明，对流换热系数的大小与电池的温升快慢和热失控发生的时间呈正相关性：在针刺热失控模拟过程中发现，短路电流产生的焦耳热是电池针刺触发热失控的重要原因。Elham等使用有限元软件ANSYS建立了某18650型锂离子电池的挤压仿真模型，模拟由挤压引发的锂离子电池热失控试验，研究发现，在挤压的瞬间，电池的剧烈形变导致隔膜被破坏，使电池发生短路，导致产热增加，进而触发热失控，且锂离子电池的热失控表现与电池隔膜的性能密切相关。Lee等通过锂离子电池电化学和放热反应模型来集成锂离子电池高温热失控模型，研究了不同正极活性物质含量对锂离子电池热失控过程的影响，结果表明，当使用619J·g1的正极活性材料时电池会发生热失控，而对于429J·g1的正极活性材料不会发生热失控，即电池发生热失控的危险性会随着正极活性物质含量的增加而增加。Sheikh等也利用有限元软件ANSYS建立了某18650型单体锂离子电池的数学模型，模拟受到外力挤压后的锂电池发生热失控的过程，并与试验结果对比，发现外力挤压之后的锂电池，表面虽然没有发生破裂，但热失控的风险明显增加：同时作者指出数值模拟技术可用于预测电池初始故障，并且仿真结果与试验结果具有良好的相关性。Melcher等利用COMSOL Multiphysics多物理场建模软件对某18650圆柱形钴酸锂电池进行了热模拟，结果显示，锂离子电池热失控发生的起始温度为126.85℃，与SEI膜开始分解的温度十分接近。Chenman等基于电化学模型和热模型，开发并使用有限元方法实现了锂离子电池的电热耦合模型，模拟了高温条件下，锂离子电池单体热失控对整个电池模组的热影响，结果发现，锂离子电池热失控过程中积聚的热量会导致电池模块中短距离接触的电池发生热失控。综上所述，在锂离子电池热失控试验与仿真研究方面，国内外学者进行了大量的研究工作并取得了显著的研究成果。但针对不同荷电状态(S0C)下锂离子电池发生热失控的试验与模拟研究较少，特别是高镍三元锂离子电池的热失控研究，缺少系统的试验与模拟研究。因此，为提高锂离子电池尤其是高镍三元锂离子的安全性，促进锂离子电池在电动汽车领域的商业化发展，仍需要对不同荷电状态($0C)下锂离子电池的热失控做系统地研究和分析。主要参考文献-2-[1]杜光超，郑