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汽车安全与节能学报

汽车安全与节能学报 ›› 2014, Vol. 5 ›› Issue (03): 298-303.DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2014.03.013

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方形锂离子电池热应力的数学分析和数值模拟

卢世刚，史启通，唐海波   

  1. 北京有色金属研究总院，北京 100088，中国
  • 收稿日期:2013-12-13 出版日期:2014-09-25 发布日期:2014-10-08
  • 作者简介:第一作者 / First author ： 卢世刚(1966 － )，男（汉），湖北，教授。E-mail: slu@grinm.com 第二作者 / Second author ： 史启通(1987 － )，男（汉），安徽，硕士研究生。E-mail: shiqt871020@163.com
  • 基金资助:

    国家“八六三”高技术研究发展项目（2011AA11A269, 2012AA110102）

Mathematical analysis and numerical simulation for thermo-stress in a square lithium-ion battery

LU Shigang, SHI Qitong, TANG Haibo   

  1. 北京有色金属研究总院，北京 100088，中国
  • Received:2013-12-13 Online:2014-09-25 Published:2014-10-08

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1913

摘要： 锂离子电池在充放电过程中，温度升高产生热应力，对电池性能有一定的影响。本文通过数
学求解和仿真的方法，给出了方形锂离子电池温度场和热应力场，定量分析了相关影响因素。结果表明：
电池的最高温度出现在几何中心；最大温差与生热速率和电池尺寸的平方呈正比。电池中心区域热膨
胀受压应力，侧边区域受拉应力，侧边中心处出现热应力集中。最大拉应力约为最大压应力的2 倍。

关键词: 锂离子电池, 温度场, 热应力, 仿真, 解析解, 叠层材料模型

Abstract: The temperature rise and thermal stress in lithium-ion battery charging and discharging processes
may affect battery performances. This paper gives the temperature field and thermal stress field for a square
lithium-ion battery using theoretical calculation and simulation method, and analyzes relationship factors. The
results show that the highest temperature in the geometric center increases linearly with the heat generation
rate. The maximum temperature difference increases linearly the square of battery sizes. The battery center
area, the high-temperature region, has compressive stress; battery side center has tensile stress. Thermal
stress concentration occurs at the center of the sides. The maximum compressive stress is 2 times the
maximum compressive stress.

Key words: lithium-ion batteries, temperature field, thermo-stress, simulation, analytic solutions, laminated
material model

中图分类号: