Opis projektu
Większa jakość i większe bezpieczeństwo, czyli udoskonalanie akumulatorów litowo-jonowych
Akumulatory litowo-jonowe są powszechnie stosowane w różnego rodzaju przenośnych urządzeniach elektronicznych, są też wykorzystywane do zasilania pojazdów elektrycznych lub jako magazyny energii. Mimo znacznego postępu technologicznego ich użytkowanie nie jest do końca bezpieczne, a liczba powiązanych z ich stosowaniem wypadków stale rośnie, coraz częściej są też wycofywane z rynku. Nieprawidłowe użytkowanie ogniw litowo-jonowych może prowadzić do ich przegrzania, w wyniku czego mogą zachodzić reakcje termiczne prowadzące do ich zwarcia i rozszczelnienia, co z kolei może spowodować zapłon lub eksplozję. Zespół finansowanego przez UE projektu LiBTR zamierza opracować i przetestować narzędzie do modelowania przebiegu lawinowej reakcji nagrzewania się akumulatorów litowo-jonowych. Narzędzie zostanie zaprojektowane na bazie trójwymiarowego modelu zwanego LibFOAM, wykorzystywanego do badania właściwości elektrycznych i termicznych akumulatorów litowo-jonowych, oraz symulatora pożarów z OpenFORM – specjalnego oprogramowania o otwartym kodzie umożliwiającego przeprowadzanie symulacji z zakresu obliczeniowej dynamiki płynów.
Cel
Lithium-ion batteries (LIBs) are widely used in many applications, such as the customer electronics, electrifying transport and energy storage systems. However, despite endeavour and progresses, the number of incidents and recalls related to LIBs are far rising. Abuse operations can result in heat accumulation and consequent thermal reactions inducing failure and thermal runaway (TR), followed by fires and explosions. The TR of one single cell in a pack can trigger a reactions chain in adjacent cells. As a result, TR propagation will occur in the battery packs. The TR propagation initializing from single cell companied with the reactions chain can activate the TR of entire LIB packs and surroundings, resulting in catastrophic fire and explosion incidents.
The proposed research aims to develop and validate a predictive tool for TR propagation in LIB packs based on LibFOAM the single cell TR model developed by the host and FireFOAM, the fire simulation solver of open source CFD code OpenFOAM. The following specific research objectives are set towards achieving this goal:
⁃ Calibrate LibFOAM for predicting the onset of TR in a single cell under different failure modes and establish the key influencing parameters;
⁃ Extend LibFOAM by coupling it with FireFOAM to predict the release of gases prior to and fol-lowing TR initiation in the triggering cell as well as the subsequent ignition and combustion of the released gases to obtain the resulting thermal environment within the cell groups;
⁃ Further extend LibFOAM to predict TR propagation in battery modules and packs;
⁃ Validated the extended LibFOAM with experimental data in the literature and data to be generat-ed by the ER’s home institution as well as proprietary data from the UK Health and Safety Exec-utive (HSE) in an ongoing collaborative project; and
⁃ Use the validated LibFOAM to investigate the effects of different mitigation measures to inhibit TR propagation.
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Koordynator
GU2 7XH Guildford
Zjednoczone Królestwo