【摘要】：循環(huán)式充電放電鋰離子電池是目前常用的動力用鋰離子電池,其具有能量密度大、結(jié)構(gòu)簡單、安裝更換方便等技術(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)點,目前已經(jīng)成為純電動汽車及混合動力汽車的電力供給設(shè)備首選。在充電及放電過程中,多種化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)傳輸過程同時發(fā)生,對鋰離子電池的安全性及工作穩(wěn)定性的研究相繼開展。在掌握了理論基礎(chǔ)及應(yīng)用軟件平臺的前提下,根據(jù)以往實驗數(shù)據(jù)進行模擬仿真計算,對循環(huán)式鋰離子電池充電放電進行了詳細的電化學(xué)研究,論文使用CFD仿真研究手段對循環(huán)式鋰離子電池的充電放電過程的電壓特性、電解質(zhì)濃度趨勢、電流密度分布及顆粒擴散規(guī)律等分別開展了一維、二維電化學(xué)模擬研究,對鋰離子電池的正負極材料選取及相關(guān)動力用電池產(chǎn)品改進提供相關(guān)的理論指導(dǎo)。論文主要研究工作如下:(1)參照相關(guān)實驗及理論研究結(jié)果,采用一維Newman模型對循環(huán)式充電放電鋰離子電池的電壓特性、壓降損耗及電流密度分布進行了模擬計算,電化學(xué)特性結(jié)果與鋰電池實際應(yīng)用過程相符合;(2)采用CFD電化學(xué)二次程序?qū)ρh(huán)式充電放電鋰離子電池進行了二維模擬計算,進一步得出正負極材料的擴散趨勢、顆粒濃度變化等規(guī)律,對鋰離子電池的正負極材料選取及相關(guān)動力用電池產(chǎn)品改進提供相關(guān)的理論指導(dǎo);(3)采用數(shù)據(jù)耦合的方式將鋰電池電化學(xué)模型與熱模型相互結(jié)合,得出了電化學(xué)-熱耦合模型下的鋰電池溫度分布趨勢,電解質(zhì)濃度擴散規(guī)律等相關(guān)結(jié)論。進一步加深對鋰離子電池產(chǎn)熱及散熱起因和過程的理解,為鋰離子電池的安全性提高提供參考。
[Abstract]:The circulating charge discharge lithium ion battery is a commonly used power lithium ion battery at present. It has the advantages of high energy density, simple structure, convenient installation and replacement, etc. At present, it has become the first choice of power supply equipment for pure electric vehicles and hybrid electric vehicles. During charging and discharging, a variety of chemical reactions, electrochemical reactions and mass transfer processes occur simultaneously. The research on the safety and working stability of lithium-ion batteries has been carried out one after another. On the premise of mastering the theoretical foundation and the application software platform, the charge discharge of circulating lithium ion battery is studied in detail according to the simulation and calculation of the previous experimental data. In this paper, the voltage characteristics, electrolyte concentration trend, current density distribution and particle diffusion law of rechargeable lithium ion battery are studied by CFD simulation. It provides theoretical guidance for the selection of cathode materials and the improvement of battery products for lithium ion batteries. The main work of this paper is as follows: (1) according to the experimental and theoretical results, the voltage characteristics, voltage drop loss and current density distribution of rechargeable Li-ion battery are simulated by one-dimensional Newman model. The results of electrochemical characteristics are in agreement with the practical application process of lithium battery. (2) Two-dimensional simulation of cyclic charge discharge lithium ion battery is carried out by using CFD electrochemical secondary program, and the diffusion trend of positive and negative electrode materials is further obtained. The change of particle concentration provides relevant theoretical guidance for the selection of cathode materials for lithium ion batteries and the improvement of related power battery products. (3) the electrochemical model and thermal model of lithium ion battery are combined with each other by data coupling. The temperature distribution trend and electrolyte concentration diffusion law of lithium battery under the electrochemical-thermal coupling model were obtained. Further understanding of the cause and process of heat production and heat dissipation of lithium-ion batteries provides a reference for improving the safety of lithium-ion batteries.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912

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