锂离子电池充放电循环期间的热效应

热管理对于电池安全性和确保其较长使用寿命来说至关重要。高温通常会加快电池的 退化速度，缩短电池的使用寿命，因此功率较高的应用可能需要主动式冷却。热管理 的另一个方面是需要避免单个电池或电池组中出现较大的温度梯度，因为这样可能会 导致电流密度和老化程度不均匀。 锂离子电池因其不同的长度尺度和几何的复杂性，需要考虑上述几点。形成电池单元 的各层在层法向的尺寸通常为数十微米，但在电池片方向达数十厘米，且通常缠绕成 多层几何。就实际使用的电池或电池组而言，几何尺寸可能达到数厘米至数米 （对于 电动汽车的情况），可以由数以百计的单电池组成。使用全三维化学电池模型求解这些 几何的计算量相当大。 但是，由于锂离子电池各组件的热导率相对于生成的热量来说相当高，因此在许多情 况下我们可以假定电池的温度分布相当均匀。此外，如果较小的温度变化没有对电池 的化学性质产生严重影响，则基于电池的平均温度，使用集总模型来描述电池的化学 性质几乎不会对其中具体的细节产生影响。 

本案例模拟充放电循环期间以及随后松弛阶段的锂离子电池。集总电 池模型用于对电池单元化学性质进行建模，二维轴对称模型用于对电池温度进行建模。 采用了电化学耦合，仿真得到锂离子电池的温度场变化结果，如图1所示：

图1 锂离子电池充放电期间的温度场分布

图2 锂离子电池荷电状态变化及电池电流变化

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