中期检查报告优秀范文

论文题目基于COMSOL的锂离子电池热失控仿真口工程设计、口理论研究、口实验研选题来源口国家级、口省部级、口厅局级、口横向、☑自拟论文类型究、☑计算机软件、口综合论文中期检查日期2024年4月29日是否涉密口是☑香一、研究内容1、课题主要研究内容本文的内容主要基于电-热耦合对锂电池的热特性展开建模和分析，通过建立18650型单体锂电池正常充放电过程中的电化学模型、热失控模型，探究触发锂电池热失控的影响因素以及热失控时电池内部化学反应的产热来源，结合资料及仿真数据，分析锂电池的发热特性和热失控的机理。具体包括以下几个部分：(1)通过文献资料，了解并分析锂电池内部组成成分和结构特征，熟知锂电池基本生热机理及热失控机理。(2)通过数值模拟软件COMSOL Multiphysics对锂电池建立三维物理模型，对其进行网格划分并设置边界条件参数，利用软件的函数编程方式模拟所需的条件，锂电池模型仿真得到的结果与资料进行验证，通过两者之间的对比证明所建三维模型的合理性、准确性。(3)采用COMSOL软件建立了锂系热电池的数字化模型，模拟激活阶段涉及的物理化学现象，仿真研究热电池激活过程的热源分布。基于COMSOL热电池激活仿真技术，对锂系热电池从引燃条开始燃烧，热量传递到加热片后使单体电池的温度升高，电解质熔化导电，直至达到额定放电电压的过程进行建模仿真。从多物理场耦合的角度分析，借助电解质相变过程及电化学过程，分析了热电池激活过程热量传递和温度场的变化趋势。2、课题与安全工程专业契合度描述随着绿色低碳发展推进，国务院提出大力发展新能源汽车产业，促进新经济健康发展。虽然锂离子电池发展迅速、应用广泛，但若发生安全问题，后果十分严重。新能源汽车在充电过程中易因电池内部热失控造成犀炸起火事故，相较传统燃油汽车，新能源汽车电池部件更易受损，因此明确其安全工作条件尤为重要。动力电池作为新能源汽车的关键部件，其安全运行是人们关注的重点，因热失控引起的动力电池火灾、犀炸等安全事故成为新的风险因素。动力电池是为电动汽车提供动力的核心来源，为了确保动力电池在车载使用环境下的安全性，.1-2020年我国针对以往标准发布新的标准GB38031-2020,在内容上对汽车动力电池的有关内容作了详细说明。针对动力电池的热研究，研究人员目前是通过仿真和实验来对汽车电池包的温度平衡进行优化和改进，但是这种方式针对性较差，无法对汽车电池内部每一个单独电池的性能进行分析，局部差异性导致整体的热管理十分困难。因此有必要针对汽车的单体电池分析其内部的热机理以及变化规律，为降低汽车电池的热事故提供处理方法，这对汽车行业以及乘员安全方面具有重要意义。汽车动力电池的热稳定是目前整个汽车行业面临的主要问题，如果解决热稳定性，对车辆性能和乘员安全都具有保障。-2二、研究方案设计1、研究方法目前，在锂离子电池高温热失控模拟研究方面，应用最多的是ANSYS/FLUENT和COMSOLultiphysics这两种软件。ANSYS/FLUENT软件出现时间较早，学习资料易于掌握，但在使用ANSYS/,FLUENT进行电池高温热失控仿真模拟时，需要UDF文件来求解用户自定义的方程，而UDF文件对用户要求具有一定的编程基础。多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics使用的人群较少，相关的学习资料也不易获得，但其包含诸多的应用模块，使用者可以更专业的在相关领域进行深入研究。且COS0L官方网站免费提供丰富的案例库示例模型，可以帮助使用者更好地理解和学习锂离子电池模型建立的知识，同时，用户无需编程，可以直接利用微分方程实现数学模型的建立进行多物理场耦合的计算分析。其中，在COMSOL Multiphysics软件中拥有电池的专属模块，即“电池与燃料电池”模块。该电池模块可以自定义电池内部各个部分，并且可以实现不同物理场之间的耦合，利用电池模块与电化学模块或者传热模块之间的耦合，可以更好地模拟分析锂离子电池充放电过程、内阻、S0C变化和热失控过程中温度和内部材料分解反应变化，可以获得更加精确的仿真结果。COMSOL Multiphysics作为多物理场仿真平台，可以模拟单个物理场和耦合多个物理场。软件内部的模型开发器涉及多个模块、多个领域。多物理场可以带来更准确的结果。由于仿真测试运行起来更加便捷，经实验结果验证过的仿真模型还可以帮助我们更快、更准确的优化设计。2、总体方案（包括理论分析及计算、实验方法和步骤)在锂离子电池发生热失控时，因副反应产生大量热，内部材料快速分解，各部分反应加剧，进而导致电池温度持续上升。其中副反应主要包括四部分内容，具体如下。(1)固体电解质界面膜分解反应Rsi(T,Csei)=Asei expOsei Hsei WseiRserdCsei=一Rdt式中：Cei为亚稳态下固体电解质界面(solid electrolyte interphase,sE)膜的无量纲量：Rsei为sEl膜分解的反应参数：Asei为SEI膜分解反应的频率因子：Esei为SEl膜分解反应的反应活化能：Hc为SE膜的分解生热率：wsei为SE膜分解反应的单位体积碳含量。(2)负极与电解液反应-3Rneg(T,Cneg)=Aneg expEa.negRTCOneg Hneg Wneg RnegdCneg =-Rnegdt式中：Cneg为负极碳层锂离子含量的无量纲量：Rmeg为负极与电解液反应的反应参数：Aneg为负极与电解液反应的频率因子：Eaneg为负极与电解液反应的反应活化能：Heg为负极与电解液反应的反应生热率：eg为负极与电解液反应的单位体积碳含量。(3)正极与电解液反应Rpos(Ta)=Aposa(1-a)expEa.posRTOnos=Hps Wpos Rposda=-Rgosdt式中：a为正极材料中参与反应的转化率；Rpos为正极与电解液反应的反应参数：pos为正极与电解液反应的频率因子：Eaos为正极与电解液反应的反应活化能：H为正极与电解液反应的反应生热率；Wps为正极与电解液反应的单位体积正极活性材料含量。(4)电解质分解反应Re k(T,Cel)=AcleexpEa,eleRTOele HelWeleReledCele=-Reledt式中：Cele为电解液中电解质浓度的无量纲量：Rele为电解质分解反应的反应参数：Aele为电解质分解反应的频率因子：aele为电解质分解反应的反应活化能：Hle为电解质分解反应的反应生热率：心为电解质分解反应的单位体积电解质含量。结合上述热失控机理分析，构建热失控模型，依据锂离子电池实际状况，设置副反应参数值。使用C0MS0 LMultiphysics6.1软件，建立三维模型，电池模型简化成直径l8mm,高度65mm的圆柱利用COMSOL软件构建锂离子电池18650单体模型。热模型是使用“共轭传热”接口在三维模式下创建的。由以下域组成：活性电池材料域（单电池材料的缠绕片，高65m,半径为9m)，心轴（周围缠绕单电池片的尼龙绝缘体，半径为2mm)，电池顶部为圆柱电池连接头(钢，厚度为3mm),流动室（空气）。电池罐（厚度为0.25mm)没有作为几何域包含在其中，因为钢制的电池罐对温度分布的影响很小。但是，活性电