Исследование термических характеристик литий-ионных аккумуляторов для систем накопления электрической энергии

Виктор Александрович Меньшов; Иван Александрович Пуцылов; Сергей Евгеньевич Смирнов

Исследование термических характеристик литий-ионных аккумуляторов для систем накопления электрической энергии

Виктор Александрович Меньшов, Иван Александрович Пуцылов, Сергей Евгеньевич Смирнов

Аннотация

В статье представлены результаты экспериментальных исследований эксплуатационных свойств литий-ионных аккумуляторов. Программа испытаний включала варьирование разрядных и зарядных токов, глубин разряда аккумуляторов различных систем и марок. Исследовались термические характеристики аккумуляторов. Проанализированы нагревы аккумуляторов в различных режимах их работы, получены аналитические выражения на основе аппроксимаций экспериментально измеренных данных.

Ключевые слова

система накопления электрической энергии, термическая характеристика, нагрев, литий-ионный аккумулятор, батарея, разрядный ток, зарядный ток, глубина разряда, аппроксимация

Полный текст:

PDF

Литература

Приказ Минэнерго России от 04.10.2022№ 1070 (в ред. от 09.12.2024) “Об утверждении Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации и о внесении изменений в приказы Минэнерго России от 13 сентября 2018 г. № 757, от 12 июля 2018 г. № 548” (зарегистрировано в Минюсте России 06.12.2022. № 71384).

ГОСТ 14209–85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки. — Введ. 01.07.1985. — М.: Изд-во стандартов, 1980; Стандартинформ, 2009. — 37 с.

Титков, В. В. Определение предельных нагрузочных режимов кабельных линий на основе данных температурного мониторинга / В. В. Титков, Е. А. Чесноков, Д. В. Кизеветтер // Электроэнергия. Передача и распределение. — 2024. — № 5 (86).— С. 96 – 104.

Горобец, А. Н. Разработка метода определения теплового состояния кабелей высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена в условиях испытаний и эксплуатации: дис. … канд. техн. наук: 05.09.02 / Александр Николаевич Горобец; ВНИИКП. — М. — 2019.— 135 С.

Меньшов, В. А. Исследование эксплуатационных возможностей электрохимических систем накопления электроэнергии / В. А. Меньшов, С. Е. Смирнов, П. Д. Иванов и др. // Промышленная энергетика. — 2025. — № 8. — С. 11 – 17.

Меньшов, В. А. Оценка целесообразности применения электрохимических систем накопления электроэнергии в системах электроснабжения предприятий / В. А. Меньшов, С. Е. Смирнов, В. Ф. Лачугин, П. Д. Иванов // Электрические станции. — 2025. — № 11. — С. 38 – 45.

Lai, Y. W. Thermal hazard evaluation of 18650 lithium-ion batteries at various discharge rates / Y. W. Lai, K. H. Chi, Y. H. Chung, et al. // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. — 2024. — Vol. 89. — 7 p.

Xu, B. Decoupling the thermal and non-thermal effects of discharge C-rate on the capacity fade of lithium-ion batteries / B. Xu, W. Diao, G. Wen, et al. // Journal of Power Sources. — 2021. — Vol. 510.— 12 p.

Zhou, H. Charge and discharge strategies of lithium-ion battery based on electrochemical-mechanical-thermal coupling aging model / H. Zhou, Y. Yang, Z. Zhang, et al. // Journal of Energy Storage. — 2024. — Vol. 99. — 18 p.

Плотников, В. Г. Пожарная опасность литий-ионных аккумуляторов и низковольтных источников питания на их основе / В. Г. Плотников, И. Д. Чешко, С. А. Кондратьев // Расследование пожаров: Сб. ст. / Под ред. С. В. Шарапова, И. Д. Чешко. Вып. 4. — СПб: СПбУ ГПС, 2014. — С. 53 – 58.

Орлов, О. И. Пожарная опасность литий-ионных аккумуляторов / О. И. Орлов, В. А. Комельков, Д. В. Сорокин // Современные проблемы гражданской защиты.—2023.— № 4 (49). — С. 177 – 189.

Close, J. A holistic approach to improving safety for battery energy storage systems / J. Close, J. E. Barnard, Y. M. J. n, S. Perera // Journal of Energy Chemistry.—2024.—Vol. 92. — P. 422 – 439.

Zalosh, R. Lithium-ion energy storage battery explosion incidents / R. Zalosh, P. Gandhi, A. Barowy // Journal of Loss Prevention in the Process Industries.—2021.—Vol. 72.—8 p.

Jin, Y. Explosion hazards study of grid-scale lithium-ion battery energy storage station / Y. Jin, Z. Zhao, S. Miao, et al. // Journal of Energy Storage.—2021.—Vol. 42.—11 p.

Gong, L. A review on the thermal runaway behaviors of non-cylindrical and 18650 lithium-ion batteries used in energy storage systems / L. Gong, X. Lin, Y. Sun, et al. // Journal of Loss Prevention in the Process Industries.—2025. —Vol. 97. — 20 p.

Peng, R. Numerical investigation on explosion hazards of lithium-ion battery vented gases and deflagration venting design in containerized energy storage system / R. Peng, P. Ping, G.Wang, et al. // Fuel.—2023.—Vol. 351.—22 p.

McKinnon, M. Full-scale walk-in containerized lithium-ion battery energy storage system fire test data / M. McKinnon, A. Barowy, A. Schraiber, J. Regan // Data in Brief. — 2022. —Vol. 45. — 10 p.

Amuda, K. F. Nuclear Heat Storage and Recovery in a Renewable Energy Future / K. F. Amuda, R. M. Field // Transactions of the Korean Nuclear Society Spring Meeting. — Jeju, Korea, May 23 – 24, 2019. — 4 p.

Mylenbusch, I. S. Hazards of lithium-ion battery energy storage systems (BESS), mitigation strategies, minimum requirements, and best practices / I. S. Mylenbusch, K. Claffey, B. N. Chu // Process Safety Progress. — 2023. —Vol. 81. — 10 p.

McKerracher, R. D. Advances in Prevention of Thermal Runaway in Lithium-Ion Batteries / R. D. McKerracher, J. Guzman-Guemez, R. G. A.Wills, et al. // Advanced Energy & Sustainability Research. — 2021. — Vol. 2. — 12 p.

Huang, Y. Study of the influence of high rate charge and discharge on thermal runaway behavior of lithium-ion battery / Y. Huang, Y. Zhao, W. Bai, et al. // Process Safety and Environmental Protection. —2024.—Vol. 191.—P. 1483 – 1494.

Wang, H. Numerical investigation on the impact of wavy side walls on the immersion cooling of cylindrical 21700 lithium-ion batteries / H. Wang, Liu S., Sheng L. // Thermal Science and Engineering Progress.—2025.—Vol. 66.—15 p. 46 2026, № 10

Liu, Y. Single-phase static immersion cooling for cylindrical lithium-ion battery module / Y. Liu, G. Aldan, X. Huang, M. Hao // Applied Thermal Engineering. — 2023. — Vol. 233. — 14 p.

Kumar, R. Spoiler integration and geometric optimization for superior air-cooling in diverse configuration of cylindrical lithium-ion battery packs / R. Kumar, Md. T. Alam, A. K. Gupta // International Journal of Thermal Sciences. —2026. — Vol. 220.— 20 p.

Esmaeili, Z. Thermal management of lithium-ion batteries: Numerical evaluation of phase change materials and fin designs against air cooling / Z. Esmaeili, S. M. Vahidhosseini, S. Rashidi, et al. // International Journal of Thermal Science. — 2026. — Vol. 219.— 20 p.

Sutheesh, P. M. Numerical investigations on thermal performance of cooled lithium-ion battery packs with topologically optimized air cooling channels / P. M. Sutheesh, J. S. Amjith, R. Bandaru // Applied Thermal Engineering. — 2025.— Vol. 281. — 16 p.

Jongpluempiti, J. Thermal profile analysis of 18650 Li-ion battery module with embedded copper foam in the nanofluid cooling jacket / J. Jongpluempiti, P. Vengsungnle, S. Poojeera et al // Case Studies in Chemical and Environmental Engineering. — 2025. — Vol. 11. — 15 p.

Chen, L. Mitigation of cylindrical lithium ion battery thermal runaway propagation with a flame retardant polypropylene thermal barrier / L. Chen, C. Pereira, S. Pannala // Journal of Energy Storage. — 2025. — Vol. 108.— 15 p.

Меньшов, В. А, Исследование влияния режимов работы систем накопления электроэнергии на срок их службы / В. А.Меньшов, И. А. Пуцылов, С. Е. Смирнов // Релейная защита и автоматизация. — 2026. — № 3. — С. 48 – 55.

ГОСТ Р 58593 – 2019. Источники тока химические. Термины и определения [Текст] / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. — Введ. 01.05.2020 г. — 12 с.