probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2017-19-11-12-126-134probener-474Research ArticleЭЛЕКТРОТЕХНИКАELECTRICAL ENGINEERINGЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ТОКОВЫХ НАГРУЗОКNUMERICAL ANALYSIS OF THE TEMPERATURE FIELDS OF THE LITHIUM-ION BATTERY UNDER CONDITIONS OF HIGH CURRENT LOADSКрасношлыковА. С.KrasnoshlykovA. S.

аспирант кафедры «Теоретическая и промышленная теплотехника» Энергетического института Национального исследовательского 

post-graduate student of the Department of Theoretical and Industrial Heat Engineering. Energy Institute of the State Educational Institution of Higher Professional Education "National Research Tomsk Polytechnic University"

 

krasnas@tpu.ruКузнецовГ. В.KuznetsovG. V.

д-р физ.-мат. наук, заведующий кафедрой «Теоретическая и промышленная теплотехника» Энергетического института 

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Head of the Department of Theoretical and Industrial Heat Engineering. Energy Institute of the State Educational Institution of Higher Professional Education "National Research Tomsk Polytechnic University".

 

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. ТомскРоссияTomsk Polytechnic University, TomskRussian Federation2017010420181911-12126134Copyright © Красношлыков А.С., Кузнецов Г.В., 20182018Красношлыков А.С., Кузнецов Г.В.Krasnoshlykov A.S., Kuznetsov G.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/474

Проведен численный анализ процесса формирования температурных полей в результате выделения Джоулева тепла в сегменте типичной литий-ионной аккумуляторной батареи. Использовались программные пакеты ANSYS Electric и ANSYS Fluent. При математическом моделировании учитывались конвективный и кондуктивный механизмы теплопереноса и выделение тепловой энергии при прохождении электрического тока через материал пластин батареи. В результате численного моделирования установлены температуры электролита аккумулятора при прохождении токов, близких к предельно допустимым. Получены характерные распределения температур в исследуемой области. Выделен критический режим работы аккумулятора при нерегламентных токовых нагрузках.

 

литий-ионный аккумулятортеплопереносДжоулево тепломатематическое моделированиеконвекциятеплопроводностьLithium-ion batteryheat transferJoule heatmathematical modelingconvectionthermal conductivityРабота поддержана грантом Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ Российской Федерации (Конкурс НШ2016), № НШ-7538.2016.8The reported research was supported by Russian Federation President Grant for state support of the Russian Federation leading scientific schools SS-7538.2016.8 (No.14.Y31.16.7538-SS)ReferencesБрускин Д.Э., Синдеев И.М. Электроснабжение летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1988. 263 с.Bruskin D.Je., Sindeev I.M. Jelektrosnabzhenie letatel'nyh apparatov. M.: Vysshaja shkola, 1988. 263 p.Van Mierlo J., Maggetto G. Comparison of the environmental damage caused by vehicles with different alternative fuels and drive trains // Automobile Engineering. 2003. No. 36. P. 583–593.Van Mierlo J., Maggetto G. Comparison of the environmental damage caused by vehicles with different alternative fuels and drive trains // Automobile Engineering. 2003. No. 36. P. 583–593.Ahmadou Sambaa, Noshin Omar Development of an Advanced Two-Dimensional Thermal Model for Large size Lithium-ion Pouch Cells // Electrochimica Acta. 2014. No. 117. P. 246–254.Ahmadou Sambaa, Noshin Omar Development of an Advanced Two-Dimensional Thermal Model for Large size Lithium-ion Pouch Cells // Electrochimica Acta. 2014. No. 117. P. 246–254.Rebecca Slayton, Graham Spinardi Radical innovation in scaling up: Boeing’s Dreamliner and the challenge of socio-technical transitions // Technovation. 2016. No. 47. P. 47-58.Rebecca Slayton, Graham Spinardi Radical innovation in scaling up: Boeing’s Dreamliner and the challenge of socio-technical transitions // Technovation. 2016. No. 47. P. 47-58.Tao Song, Yan LI, Jiashan Song, Zhao Zhang Airworthiness considerations of supply chain management from Boeing 787 Dreamliner battery issue // Procedia Engineering. 2014. № 80. P. 628–637.Tao Song, Yan LI, Jiashan Song, Zhao Zhang Airworthiness considerations of supply chain management from Boeing 787 Dreamliner battery issue // Procedia Engineering. 2014. No. 80. P. 628–637.Ребров С.Г., Янчур С.В., Мансуров В.С., Московкин С.А. Исследования литий-ионных аккумуляторов космического назначения на пожаровзрывобезопасность // «Труды МАИ». 2014. № 72.Rebrov S.G., Janchur S.V., Mansurov V.S., Moskovkin S.A. Issledovanija litij-ionnyh akkumuljatorov kosmicheskogo naznachenija na pozharovzryvobezopasnost' // «Trudy MAI». 2014. No. 72.Леонова Т.А., Дудник А.И., Михеев А.Е., Осипова И.В., Чурилов Г.Н. Разрядные характеристики литий-ионных аккумуляторов с углеродными электродами // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. Ак. М.Ф. Решетнева. 2012. № 4 (44). с. 25-27.Leonova T.A., Dudnik A.I., Miheev A.E., Osipova I.V., Churilov G.N. Razrjadnye harakteristiki litij-ionnyh akkumuljatorov s uglerodnymi jelektrodami // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo ajerokosmicheskogo universiteta im. Ak. M.F. Reshetneva. 2012. No. 4 (44). P. 25-27.Oliveira J.L.G., Tecchio C., Paiva K.V., Mantelli M.B.H., Gandolfi R., Ribeiro L.G.S. Passive aircraft cooling systems for variable thermal conditions // Applied Thermal Engineering. 2015. V. 79. P. 88-97.Oliveira J.L.G., Tecchio C., Paiva K.V., Mantelli M.B.H., Gandolfi R., Ribeiro L.G.S. Passive aircraft cooling systems for variable thermal conditions // Applied Thermal Engineering. 2015. V. 79. P. 88-97.Muravyov S.V., Borikov V.N., Natalinova N.M. A Computer System: Measurement of Welding Surge Current // Measurement and Control. 2009. V. 42. No. 2. P. 44-47.Muravyov S.V., Borikov V.N., Natalinova N.M. A Computer System: Measurement of Welding Surge Current // Measurement and Control. 2009. V. 42. No. 2. P. 44-47.M. Sievers, U. Sievers, S.S. Mao, Thermal modelling of new Li-ion cell design modifications // Forschung im Ingenieurwesen. 2010. V. 74 (4). P. 215-231.M. Sievers, U. Sievers, S.S. Mao, Thermal modelling of new Li-ion cell design modifications // Forschung im Ingenieurwesen. 2010. V. 74 (4). P. 215-231.Botte G.G., Subramanian R.E., Mathematical modeling of secondary lithium batteries // Electrochimica Acta. 2000. V. 45. P. 2595-2609.Botte G.G., Subramanian R.E., Mathematical modeling of secondary lithium batteries // Electrochimica Acta. 2000. V. 45. P. 2595-2609.Inui Y., Kobayashi Y., Watanabe Y., Watase Y., Kitamura Y. Simulation of temperature distribution in cylindrical and prismatic lithium ion secondary batteries // Energy Conversion and Management. 2007. V. 48 (7). P. 2103-2109.Inui Y., Kobayashi Y., Watanabe Y., Watase Y., Kitamura Y. Simulation of temperature distribution in cylindrical and prismatic lithium ion secondary batteries // Energy Conversion and Management. 2007. V. 48 (7). P. 2103-2109.Ansys Help. FLUENT Theory Guide.Ansys Help. FLUENT Theory Guide.Forgez C., Vinh Do D., Friedrich G., Morcrette M., Delacourt C. Thermal modeling of a cylindrical LiFePO4/graphite lithium-ion battery // Journal of Power Sources. 2010. V. 195 (9). P. 2961-2968.Forgez C., Vinh Do D., Friedrich G., Morcrette M., Delacourt C. Thermal modeling of a cylindrical LiFePO4/graphite lithium-ion battery // Journal of Power Sources. 2010. V. 195 (9). P. 2961-2968.Chunsheng Wang and Jian Hong Ionic Electronic Conducting Characteristics of LiFePO4 Cathode Materials // Electrochemical and Solid-State Letters. 2007. V. 10 (3). P. 65-69.Chunsheng Wang and Jian Hong Ionic Electronic Conducting Characteristics of LiFePO4 Cathode Materials // Electrochemical and Solid-State Letters. 2007. V. 10 (3). P. 65-69.Reza Younesi, Gabriel M. Veith, Patrik Johansson, etc Lithium salts for advanced lithium batteries: Li–metal, Li–O2, and Li–S // Energy & Environmental Science. 2015. V. 8. P. 1905.Reza Younesi, Gabriel M. Veith, Patrik Johansson, etc Lithium salts for advanced lithium batteries: Li–metal, Li–O2, and Li–S // Energy & Environmental Science. 2015. V. 8. P. 1905.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.