МОДЕЛИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ЛИТИЙ-ИОННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ В СОСТАВЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА

Электромобили вызывают огромный интерес во многих странах мира. С развитием технологий аккумуляторных батарей плотность энергии аккумулятора значительно увеличилась. Литий-ионные аккумуляторы, обладающие высокой плотностью энергии/мощности и длительным сроком службы, быстро стимулировали развитие электромобилей, особенно электромобилей с аккумуляторными батареями [1]. В качестве анодного материала литий-ионного аккумулятора используется графит, в то время как литий-железо-фосфат и тройные материалы (в основном литий-никелево-кобальт-алюминиевый оксид и литий-никелево-кобальт-марганцевый оксид) в качестве катодных материалов широко используются в электромобилях в настоящее время.

В работе раскрываются базовый механизм образования и структура развития внутреннего короткого замыкания. Это может послужить руководством для создания более безопасных элементов с более высокой удельной энергией и способствовать более безопасным методам и стратегиям управления для усовершенствованной системы управления аккумуляторными батареями. Таким образом, может быть достигнута цель снижения вероятности аварий с аккумуляторными батареями и уменьшения опасений людей по поводу безопасности аккумуляторных батарей. Более того, это также указывает направление для дальнейшего развития мер по снижению внутреннего короткого замыкания [2].

Пакет моделирования прост для ознакомления и эффективен в использовании за счет единого интерфейса, интеграции всех процессов построения модели в единой удобной среде. Каждый раз, вне зависимости от сложности задач и области моделирования, будете использовать одни и те же функции, настройки и элементы для задания параметров, отрисовки геометрии, описания физики задачи, генерации конечной элементной сетки, запуска, модификация и следование кэша для обработки и отображения результатов. Единая оболочка пакета моделирования содержит ряд удобных и интуитивно понятных элементов. Все шаги моделирования доступны в окне проектирования в дереве модели. Рядом в окне настроек задаются все параметры и частные настройки. Геометрия сетки, полученные результаты визуализируются в графическом окне [3]. В результате проведения анализа состояния проблемы выполнено исследование  и моделирование локального повышения температуры из-за появления проникающей металлической нити в сепаратор между двумя пористыми электродными материалами. Внутренние короткие замыкания могут возникнуть в литий-ионном аккумуляторе, например, из-за образования дендритов лития или удара и сжатия. Длительное внутреннее короткое замыкание приводит к саморазряду аккумулятора в сочетании с локальным повышением его температуры. Последнее явление имеет большое значение, поскольку электролит может начать разлагаться в результате экзотермических реакций, а если температура электролита превысит определенный пороговый уровень, то может появиться тепловой разгон с потенциальной опасностью для здоровья обслуживающего аккумулятор персонала и безопасности технической системы в которую входит этот аккумулятор. Показано, что геометрия модели представлена в виде слоистого диска, выполненного в двумерном пространстве с осевой симметрией.

Проникающая нить расположена на уровне r = 0 и имеет ту же высоту, что и область сепаратора. Предполагается, что диск площадью поперечного сечения около 1,3 мм² является частью гораздо более крупной батареи с площадью поперечного сечения порядка 0,1 м² или более. Прямоугольные слои представляют: отрицательный токосъёмник, отрицательный пористый электрод, сепаратор, положительный пористый электрод, положительный токосъёмник. Проникающая нить расположена на r = 0 и имеет ту же высоту, что и область сепаратора. Проводимость проникающей нити устанавливается на очень низком уровне при t = 0 и постепенно увеличивается до полной проводимости при t = 0,001 с с помощью сглаженной ступенчатой функции. Исследованы два различных радиуса проникающей нити: 0,1 и 5 мкм. В работе выполнен расчет распределения температуры при t = 0,1 с для радиуса проникающей нити 5 мкм и распределения температуры вдоль границы сепаратор-положительный электрод. Максимальная температура находится вблизи проникающей нити. Изменение температуры ограничено небольшим пространством вблизи нити.