Three-Dimensional Thermal Simulations of 18650 Lithium-Ion Batteries Cooled by Different Schemes under High Rate Discharging and External Shorting Conditions

作者
Yang Li,Zhifu Zhou,Jian Zhao,Liang Hao,Minli Bai,Yulong Li,Xuanyu Liu,Yubai Li,Y T Song
出处
期刊:Energies [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (21): 6986-6986 被引量:21
标识
DOI:10.3390/en14216986
摘要

In this work, three-dimensional thermal simulations of single 18650 lithium-ion battery cell and 75 V lithium-ion battery pack composed of 21 18650 battery cells are performed based on a multi-scale multi-domain (MSMD) battery modeling approach. Different cooling approaches’ effects on 18650 lithium-ion battery and battery pack thermal management under fast discharging and external shorting conditions are investigated and compared. It is found that for the natural convection, forced air cooling, and/or mini-channel liquid cooling approaches, the temperature of battery cell easily exceeds 40 °C under 3C rate discharging condition. While under external shorting condition, the temperature of cell rises sharply and reaches the 80 °C in a short period of time, which can trigger thermal runaway and may even lead to catastrophic battery fire. On the other hand, when the cooling method is single-phase direct cooling with FC-72 as coolant or two-phase immersed cooling by HFE-7000, the cell temperature is effectively limited to a tolerable level under both high C rate discharging and external shorting conditions. In addition, two-phase immersed cooling scheme is found to lead to better temperature uniformity according to the 75 V battery pack simulations.

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