Uusien energialähteiden myynnin ja omistuksen kasvun myötä myös uusien energialähteiden tulipaloja sattuu aika ajoin. Lämmönhallintajärjestelmän suunnittelu on pullonkaula, joka rajoittaa uusien energialähteiden kehitystä. Vakaan ja tehokkaan lämmönhallintajärjestelmän suunnittelulla on suuri merkitys uusien energialähteiden turvallisuuden parantamiseksi.
Litiumioniakkujen lämpömallinnus on litiumioniakkujen lämmönhallinnan perusta. Näistä lämmönsiirto-ominaisuuksien mallinnus ja lämmöntuotto-ominaisuuksien mallinnus ovat kaksi tärkeää osa-aluetta litiumioniakkujen lämpömallinnuksessa. Olemassa olevissa akkujen lämmönsiirto-ominaisuuksien mallintamista koskevissa tutkimuksissa litiumioniakkujen katsotaan omaavan anisotrooppisen lämmönjohtavuuden. Siksi on erittäin tärkeää tutkia eri lämmönsiirtokohtien ja lämmönsiirtopintojen vaikutusta litiumioniakkujen lämmönhukkakykyyn ja lämmönjohtavuuteen tehokkaiden ja luotettavien lämmönhallintajärjestelmien suunnittelussa litiumioniakuille.
Tutkimuskohteena käytettiin 50 Ah:n litiumrautafosfaattiakkua, jonka lämmönsiirto-ominaisuuksia analysoitiin yksityiskohtaisesti ja ehdotettiin uutta lämmönhallintasuunnitteluideaa. Kennon muoto on esitetty kuvassa 1 ja tarkat kokoparametrit taulukossa 1. Litiumioniakun rakenne sisältää yleensä positiivisen elektrodin, negatiivisen elektrodin, elektrolyytin, erottimen, positiivisen elektrodin johtimen, negatiivisen elektrodin johtimen, keskiliittimen, eristemateriaalin, varoventtiilin ja positiivisen lämpötilakertoimen (PTC) (PTC-jäähdytysnesteen lämmitin/PTC-ilmalämmitin) termistori ja akun kotelo. Positiivisen ja negatiivisen napapalan väliin on sijoitettu erotin, ja akun ydin muodostetaan käämimällä tai naparyhmä laminoimalla. Yksinkertaista monikerroksinen kennorakenne samankokoiseksi kennomateriaaliksi ja suorita vastaava käsittely kennon termofysikaalisille parametreille, kuten kuvassa 2 on esitetty. Akun kennon materiaalin oletetaan olevan suorakulmainen yksikkö, jolla on anisotrooppiset lämmönjohtavuusominaisuudet, ja pinoamissuuntaan nähden kohtisuora lämmönjohtavuus (λz) asetetaan pienemmäksi kuin pinoamissuuntaan nähden yhdensuuntainen lämmönjohtavuus (λx, λy).
(1) Litiumioniakun lämmönhallintajärjestelmän lämmönpoistokykyyn vaikuttavat neljä parametria: lämmönjohtavuus kohtisuorassa lämmönpoistopintaan nähden, lämmönlähteen keskipisteen ja lämmönpoistopinnan välinen etäisyys, lämmönhallintajärjestelmän lämmönpoistopinnan koko sekä lämmönpoistopinnan ja ympäröivän ympäristön välinen lämpötilaero.
(2) Kun valitaan litiumioniakkujen lämmönhallintasuunnittelun lämmönpoistopintaa, valitun tutkimuskohteen sivupinnan lämmönsiirtokaavio on parempi kuin pohjapinnan lämmönsiirtokaavio, mutta eri kokoisten neliönmuotoisten akkujen kohdalla on tarpeen laskea eri lämmönpoistopintojen lämmönpoistokapasiteetti parhaan jäähdytyspaikan määrittämiseksi.
(3) Kaavaa käytetään lämmönpoistokyvyn laskemiseen ja arviointiin, ja numeerista simulaatiota käytetään sen varmistamiseksi, että tulokset ovat täysin yhdenmukaisia. Tämä osoittaa, että laskentamenetelmä on tehokas ja sitä voidaan käyttää referenssinä neliönmuotoisten kennojen lämmönhallintaa suunniteltaessa.BTMS)
Julkaisuaika: 27.4.2023
