Під час роботи літій-іонних акумуляторних батарей (АБ) може виникати цілий ряд несправностей, однак більшість існуючих досліджень зосереджені на виявленні внутрішнього короткого замикання та теплового розгону акумулятора. Це стосується і найбільш поширених методів відстеження робочих параметрів та попередження про несправності АБ. Тому такі методи можуть бути неспроможними виявити таку несправність як деградація або повна втрата електричного з’єднання з коміркою в батареї. Водночас, втрата з’єднання навіть з однією коміркою в АБ може призводити до значних змін в режимах роботи, що вплине на безпеку, ефективність та довговічність батареї в цілому. Моделювання цього виду несправностей є важливим кроком на шляху до розробки нових, більш ефективних методів діагностики акумуляторних батарей. У роботі змодельовано батарею схеми 3s7p, що складається з літій-іонних комірок типу 18650 та має втрачене з’єднання з однією з цих комірок. Чисельне моделювання виконане засобами пакету COMSOL Multiphysics. Описано математичну модель термоелектричних процесів в батареї та використано метод кінцевих елементів для розрахунку теплового поля під час розряду батареї. Досліджено вплив втрати комірки на стан сусідніх комірок та АБ в цілому. Результати моделювання підтверджують що втрата комірки створює дисбаланс розподілу струму між комірками батареї, що веде до прискореного нагріву та швидкого розряду комірок, які були з’єднані паралельно з втраченою. Хоча решта комірок розряджались повільніше, однак вони не змогли компенсувати втрату ступеня заряду АБ в цілому. Такі зміни збільшують ризик перегріву справних комірок та можуть спричинити їх швидку деградацію в подальшому. Проведено розрахунок теплового поля всередині батареї. Аналіз показує що воно містить характерні відмінності порівняно з полем справної батареї. Одержані результати можуть бути використані для розробки вдосконалених методів проектування та температурного керування АБ. Запропонований підхід також може бути використаний для діагностики та раннього попередження про несправності у літій-іонних АБ, що сприятиме зменшенню ризиків їх використання та збільшенню тривалості їх життя.
[1] 1. S. Rangarajan, Shriram, et al. "Lithium-ion batteries-The crux of electric vehicles with opportunities and challenges." Clean Technologies 4.4 (2022): 908-930. https://doi.org/10.3390/cleantechnol4040056
[2] Elalfy, Dina A., et al. "Comprehensive review of energy storage systems technologies, objectives, challenges, and future trends." Energy Strategy Reviews 54 (2024): 101482. https://doi.org/10.1016/j.esr.2024.101482
[3] Yang, Yue, et al. "On the sustainability of lithium ion battery industry-A review and perspective." Energy Storage Materials 36 (2021): 186-212. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.12.019
[4] Rana, Suraj, Rajan Kumar, and Rabinder Singh Bharj. "Current trends, challenges, and prospects in material advances for improving the overall safety of lithium-ion battery pack." Chemical Engineering Journal 463 (2023): 142336. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142336
[5] Qiu, Yishu, and Fangming Jiang. "A review on passive and active strategies of enhancing the safety of lithium-ion batteries." International Journal of Heat and Mass Transfer 184 (2022): 122288. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122288
[6] Luo, Wei, et al. "Review of mechanisms and detection methods of internal short circuits in lithium-ion batteries." Ionics (2025): 1-20. https://doi.org/10.1007/s11581-025-06211-6
[7] Shahid, Seham, and Martin Agelin-Chaab. "A review of thermal runaway prevention and mitigation strategies for lithium-ion batteries." Energy Conversion and Management: X 16 (2022): 100310. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2022.100310
[8] Kong, Depeng, et al. "A review of early warning methods of thermal runaway of lithium ion batteries." Journal of Energy Storage 64 (2023): 107073. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107073
[9] Lu, Languang, et al. "A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles." Journal of power sources 226 (2013): 272-288. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.10.060
[10] Diao, Weiping, Michael Pecht, and Tao Liu. "Management of imbalances in parallel-connected lithium-ion battery packs." Journal of Energy Storage 24 (2019): 100781. https://doi.org/10.1016/j.est.2019.100781
[11] Tran, Manh-Kien, and Michael Fowler. "A review of lithium-ion battery fault diagnostic algorithms: Current progress and future challenges." Algorithms 13.3 (2020): 62. https://doi.org/10.3390/a13030062
[12] Ding, Xinchao, et al. "Diagnosis of connection fault for parallel-connected lithium-ion batteries based on long short-term memory networks." Journal of Energy Storage 55 (2022): 105552. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105552
[13] Hu, Zhenwen, et al. "Benchmarking between COMSOL and GPYRO in predicting self-heating ignition of lithium-ion batteries." Fire Technology 59.3 (2023): 1319-1339. https://doi.org/10.1007/s10694-022-01335-x
[14] Geng, Zeyang, et al. "Bridging physics-based and equivalent circuit models for lithium-ion batteries." Electrochimica Acta 372 (2021): 137829. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.137829
[15] Crawford, Alasdair J., et al. "Lithium-ion battery physics and statistics-based state of health model." Journal of Power Sources 501 (2021): 230032.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230032