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H.E.L鋰電池的熱管理模型研究 2—iso-BTC 電池等溫量熱儀

前言

鋰電池的熱管理模型研究是當(dāng)前能源存儲領(lǐng)域的一個重要課題，特別是在電動汽車和大規(guī)模儲能系統(tǒng)中,。有效的熱管理對于提高鋰電池的性能、安全性和壽命至關(guān)重要,。對于鋰電池?zé)峁芾砟Ｐ偷奈磥戆l(fā)展方向,，

研究者有很多期待：智能熱管理：利用傳感器和控制算法，實現(xiàn)對電池溫度的實時監(jiān)測和智能控制,。例如,，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測電池的熱行為,，提前調(diào)整熱管理策略。

新型材料：開發(fā)高性能的導(dǎo)熱材料和相變材料,，提高熱管理系統(tǒng)的效率和響應(yīng)速度,。例如,，石墨烯等新型材料在熱管理中的應(yīng)用前景廣闊。

集成化設(shè)計：將熱管理系統(tǒng)與電池包設(shè)計一體化,，減少空間占用和重量，提高系統(tǒng)的整體性能。例如,，設(shè)計具有內(nèi)置冷卻通道的電池模塊,。

多尺度建模：從微觀到宏觀的多尺度建模,，可以更全面地描述電池的熱行為,，為熱管理設(shè)計提供更準(zhǔn)確的理論支持,。例如,，結(jié)合分子動力學(xué)模擬和宏觀熱模型,，

優(yōu)化電池材料和結(jié)構(gòu)。鋰電池的熱管理模型研究對于提高電池性能,、安全性和可靠性至關(guān)重要,。通過開發(fā)先進(jìn)的熱模型,、智能控制算法和新型材料,，可以實現(xiàn)更高效、更經(jīng)濟(jì)的熱管理系統(tǒng),，推動鋰電池技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,。

案例：寬溫度范圍內(nèi)變固相擴(kuò)散及參數(shù)辨識的簡化鋰離子電化學(xué)電池模型

背景:鋰離子電池（LIBs）因其高能量密度,、低自放電,、長循環(huán)壽命和環(huán)境友好性,，已成為電動汽車的首選電源。大多數(shù)電化學(xué)模型未能捕捉鋰離子電池的可變固相擴(kuò)散過程和低溫特性,，限制了模型的精度和在極端氣候條件下的應(yīng)用,。本文的目的是開發(fā)和驗證一個高精度且參數(shù)可在寬溫度范圍內(nèi)識別的熱耦合簡化電化學(xué)模型（Thermal-Coupled Simplified Electrochemical Model, TCSEM*）,，用于鋰離子電池（LIBs）,。該模型旨在提高鋰離子電池在極端氣候條件下的應(yīng)用性能，特別是在低溫條件下的表現(xiàn),。

研究方法：簡化電化學(xué)模型（SEM）：文章提出了一個考慮了集中參數(shù)和濃度依賴的固相擴(kuò)散的熱耦合簡化電化學(xué)模型,。該模型特別考慮了固相擴(kuò)散的濃度依賴性,，以更準(zhǔn)確地反映固相顆粒內(nèi)的真實動態(tài)。

參數(shù)分類與識別：基于鋰離子電池的多時間尺度特性,，模型參數(shù)被分類,，并設(shè)計了特定的測試來識別參數(shù),。通過從測試數(shù)據(jù)中提取不同的動態(tài)特性，逐步識別不同類型的參數(shù),。測試設(shè)計：設(shè)計了脈沖放電（PD）測試,、混合脈沖功率特性（HPPC）測試和放電-冷卻測試,，以識別熱力學(xué)（TD）、慢動態(tài)（SD）和快動態(tài)（FD）參數(shù),。

結(jié)論：模型精度：通過在-20℃至45℃的寬溫度范圍內(nèi)的恒流放電測試,，驗證了所提出的模型（TCSEM*）在預(yù)測電池端電壓和溫度方面的高精度,。與常數(shù)固相擴(kuò)散模型（TCSEM）相比,，TCSEM*在電壓和溫度預(yù)測方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性,，尤其是在零下溫度。

參數(shù)識別：通過逐步參數(shù)識別方法,，成功識別了模型的所有參數(shù),，并通過Arrhenius或有理方程對溫度敏感參數(shù)進(jìn)行了擬合。健康意識特性圖：基于驗證的模型,，生成了一個考慮固相擴(kuò)散約束的健康意識特性圖,，用于預(yù)測電池的功率能力。結(jié)果表明,，通過適當(dāng)犧牲電池功率能力,，可以滿足固相擴(kuò)散約束。

產(chǎn)品推薦：量熱實驗：使用等溫量熱儀（HEL iso-BTC）實驗設(shè)置：使用了由Sanyo公司制造的18650型圓柱形鋰離子電池,，正極材料為LiCoO?,，負(fù)極材料為石墨，測試容量為2.32Ah,，標(biāo)稱電壓為3.7V,。

電池準(zhǔn)備：在25°C的環(huán)境溫度下，使用恒流恒壓（CCCV）充電模式將電池充滿電,。放電過程：從滿電狀態(tài)開始,，以5% SOC的步長逐步放電至下限截止電壓（2.75V）,。每個放電脈沖后，電池休息2小時,，以達(dá)到熱力學(xué)平衡,。

溫度控制：為了保持恒定的電池溫度，使用等溫量熱儀提供等溫條件,。測試在不同的等溫條件下進(jìn)行,，具體溫度見表3。數(shù)據(jù)記錄：記錄每個放電脈沖后的電壓響應(yīng),，特別是relaxation 期間的電壓恢復(fù)特性,。

來源Li, C., Cui, N.,Wang, C., & Zhang, C. (2021). Simplified electrochemical lithium-ion battery model with variable solid-phase diffusion and parameter identification over wide temperature range. Journal of Power Sources, 497, 229900.

About H.E.L

Hazard Evaluation Laboratories 成立于1987年，總部設(shè)在倫敦,，在中國,、美國、德國,、意大利,、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿(mào)（北京）有限公司于 2020年在北京設(shè)立,。H.E.L最初是一家過程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評估的專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，對研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)承接工藝過程研發(fā)項目,；同時提供安全咨詢,，包括事故調(diào)查、HAZOP研究,、安全設(shè)施的設(shè)計及制度管理等,。目前，H.E.L是全球首屈一指的過程工藝及安全專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu),，同時已經(jīng)發(fā)展成為一家致力于為客戶提供專業(yè)的過程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評估設(shè)備的國際集團(tuán)企業(yè),。

關(guān)于綠綿科技

　　2001年成立的北京綠綿科技有限公司(簡稱：綠綿科技)以體現(xiàn)客戶服務(wù)價值為宗旨，以專業(yè)精神和技能為廣大實驗室分析工作者提供樣品前處理,、樣品制備及分析,、實驗數(shù)據(jù)精確分析和管理的全面解決方案，致力于協(xié)助客戶提高分析檢測的效率和水平,。

　　主要代理產(chǎn)品：GC/MS/MS,LC/MS/MS新機(jī)租賃業(yè)務(wù)/LUMTECH循環(huán)制備液相/靜音型雙頻超聲清洗/Knauer研發(fā),，中試和生產(chǎn)脂質(zhì)納米顆粒（LNP)碰撞噴射混合器系統(tǒng)/冰點滲透壓儀、液相/超高壓液相色譜儀,、在線SPE液相色譜儀/法國F-DGSi氮氣,，超高純氫氣氣體發(fā)生器，液氮發(fā)生器/Cytiva生命科學(xué)設(shè)備/LabOS實驗室運(yùn)營系統(tǒng)/MassWorks準(zhǔn)確質(zhì)量數(shù)測定及分子式識別系統(tǒng)/MsMetrix氣質(zhì)香精香料分析軟件/Sin-QuEChERS農(nóng)殘凈化柱/制藥企業(yè)質(zhì)量回顧性報告系統(tǒng)（QRS)/英國赫伊爾生物反應(yīng)器,，電池絕熱量熱,、催化劑合成,。

文章來自HEL微信公眾號，編號HEL2025-YJ-10/10,。