电池的热管理与设计采用数值仿真加速电池开发(2)

蓄电池 热管理分析

图1b 电池单体内的温度分布

然而，在需要给出详细的温度和电流密度分布信息的时候，这种模型就显得简单了，它需要实验测试数据作为输入量。因此，如果没有再一次的测试，这种模型就不能预测设计改变对电池热性能的影响。但是，基于物理的电化学模型可以用来研究电池设计参数对电池性能的影响。这些设计参数包括几何尺寸参数，材料属性以及最关键的温度。基于物理的模型还可以提供输入，否则，像上述模型则需要具备实验数据。最著名的基于物理的模型由加州大学伯克利分校的约翰?纽曼教授最先提出，该模型已在Ansys Simplorer 中实现。图3 所示为根据约翰?纽曼电化学模型得到的电池单体在充、放电循环时的电流、电势曲线。图4 所示为放电过程中的电解液浓度变化曲线。研究图4 马上会引出一个优化问题：如何确定电池单体内电解液浓度的初始值。图4 中所用的浓度初始值是预先假设的，因为电导率的最大值大约出现在该浓度下。然而，图4 表明阴极处的大部分区域处于极低的浓度下，从而该处的电导率也低。这导致在电极深度方向上存在着严重的导电粒子输运限制。

图2 离子电池单体正电极- 隔离物- 负电极