混合动力汽车动力电池主动热管理系统设计

针对以电池表面温度作为控制目标的常规热管理系统,存在散热滞后、电池内部温升过快以及在较高温升时输出功率受到限制的问题,设计了基于电池内部温度预测的主动散热式热管理系统。系统以测试的电池表面温度、电池材料参数和电池发热量作为输入量,预测电池内部的最高温度及其传热过程,对风机进行预控制,实现电池包温度的平稳控制。实验表明了系统能保证电池工作时温度变化平缓,处在最优温度范围内,避免了电池内部的累积生热量导致的电池温度急剧上升的问题,为混合动力汽车的电池热管理系统设计提供了参考。     

储存温度对软包装锂离子电池热安全性的影响

开展热失控实验，探究储存温度对软包装锂离子电池热安全性的影响。电池在不同储存温度下的热失控过程相似，但随着储存温度的升高，热失控剧烈程度趋于缓和。储存温度升高，锂离子电池热失控峰值温度、热释放速率(HRR)、总释热量(THR)和耗氧量降低，高温热危害性降低。在40℃储存温度下，电池热失控峰值温度为746℃,比80℃储存温度下高138℃。不同储存温度下的气体释放量不同。对比电压-容量曲线可知，高温会使锂离子电池出现容量损失，且储存温度越高，损失越大。     

锂离子电池热失控模拟研究

提供了一种锂离子电池热失控模拟方法,对LiCoO_2/石墨和LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2/石墨电池的热失控行为进行了模拟研究。通过测试电池材料的热性质并对其热反应参数进行拟合,建立了锂离子电池热模型。模拟得到了电池热失控过程的温度变化和材料热反应情况,预测了电池热失控温度并揭示了热失控机理。该模拟结果与电池热失控实验结果吻合良好,证明了该方法的准确性。本工作的模拟方法有望应用于其他锂离子电池体系,对锂离子电池的热失控预警和安全性能改善具有重要意义。     

蜂巢式锂离子电池模组热失控扩散的抑制

锂离子电池热失控问题逐渐受到重视。基于锂离子电池的热失控副反应机理方程和热传导机理方程，搭建由7只容量为4.5 Ah的21700型锂离子电池组成的蜂巢式电池模组，研究电池在加热条件下的热失控扩散情况。仿真结果与实验结果误差在7%以内。利用蜂巢式电池模组研究冷却液温度、流速对电池热失控扩散行为的影响。当模组中的单体电池发生热失控时，冷却液的温度越高，模组发生热失控扩散的时间越早；冷却液的温度越低，抑制电池模组热失控传播所需的冷却液流速越小。     

储能用LiFePO4锂离子电池的热安全特性

以方形磷酸铁锂(LiFePO4)锂离子电池为对象,研究充放电倍率、环境温度对电池性能的影响,确定电池热生成速率与荷电状态(SOC)的关系式.为寻找热安全的温度阈值,开展电池热失控实验.在适宜的温度区间(25～40℃)工作时,电池的热性能良好,内阻和热生成随着环境温度的升高而变小;电池正极极耳温度要高于负极极耳,正极极耳下方可作为实际储能系统温度监控的特征点.电池热失控过程自发热起始点温度约为86.0℃.     

锂离子电池温度变化热模拟研究

利用锂离子电池热模型对环境温度,热交换系数,电池大小以及电池荷电状态对电池温度变化的影响进行了模拟计算研究;结果表明:环境温度越高,电池热交换系数越小,电池越大,荷电状态越高,电池发生热失控的温度越低,概率越大。同时还模拟了绝热条件下锂离子电池的自放热过程。     

热电池热模型的研究

从热电池的基本工作原理出发,研究了热电池放电过程中热量的产生、传递、散失变化特征.并通过计算机软件,将电池模型进行网格划分,依据热量平衡原理,建立电池的热传导方程,利用"有限元法"动态模拟电池放电热过程特征与规律.并通过对电池表面以及内部温度测量进行比较分析,证明了该热模型能够正确地模拟电池放电过程的温度变化.     

18650型锂离子电池热失控影响因素

采用电加热测试系统,研究了电池电量、充电过程及放电过程对恒定加热条件下18650锂离子电池热失控过程的影响。研究表明:恒定加热功率为20 W时,电量越高,锂离子电池热失控起始温度越低,放热反应越剧烈;充电电流越大,热失控起始温度越低,放热反应越剧烈;相同条件下,放电电池比未放电电池热失控起始温度高。     

电动汽车锂离子电池释热机理及电热耦合模型

分析了锂离子电池放电过程中的温度特性及其释热机理,利用充放电测试仪对其在不同倍率放电过程中电池表面温度的变化进行了研究。通过测试电池内阻及开路电压温度系数,分析了电池内部温度受不可逆热及可逆热的影响,建立了基于可变产热速率的电热耦合模型,并在实验中验证了模型的有效性。在此基础上,给出了电池内部温度的多项式函数估算方法,通过与仿真模型计算结果对比,该方法能较好地满足要求,为电池管理系统在线估计电池内部温度奠定了基础。     

计及电池老化的电池温度仿真与验证

针对锂离子电池温度估算问题,提出一种基于电化学机理的电池温度估计方法.以容量为3.2 Ah的18650三元锂离子电池为研究对象,在考虑电池老化对电池温度影响的基础上,根据18650电池结构和电池传热规律,计算电池在使用过程中的内部产热速率,并采用有限差分法估算电池表面温度,最后通过MATLAB/SIMULINK搭建锂离子电池电化学-热耦合模型.仿真结果表明仿真温度与实验测得的温度变化趋势基本一致,为动力电池的热管理系统提供了一定的参考依据.     

高电压钴酸锂软包电池热失控行为研究

锂离子电池安全性研究至关重要,目前主流的4.4 V高电压钴酸锂电池具有更高的能量密度,达到260 Wh/kg以上,所以发生热失控的风险会更大.本文利用加速绝热量热仪对两种品牌公司的高电压钴酸锂软包电池进行热失控研究,评估高电压钴酸锂电池发生热失控的风险,并分析了两种电池发生热失控的行为差异.温度-时间曲线和温度变化率-温度曲线的结果表明,在温度升至80℃左右时,电池内部开始发生缓慢的放热副反应,当温度持续升高到150℃左右时,由于隔膜开始熔化导致正负极短路释放大量的热,加剧了后续副反应的发生,在此温度下数分钟电池发生完全热失控最终达到最高温点600℃左右.在此期间电池温度变化率一直处于线性上升状态.     

锂离子电池热模型的研究现状

阐述了锂离子电池热模型的基本理论。根据电池热性质的研究,将热模型分为宏观与微观热源模型,进行阐述与分析,指出宏观热源模型对研究电池整体温升的适用性及微观热源模型对电池分布式温度的预测性。探讨不同热模型对电池热管理等方面的指导意义。     

锂离子电池热模型的研究动态

锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、高循环次数及高电压等特点,在新能源产业占据越来越重要的地位。锂离子电池的循环效率、容量、功率、安全性、可靠性和寿命等诸多性能与温度密切相关。热模型可以模拟电池在应用条件下的热行为,研究电池产热、传热、散热的规律,实时计算电池内部和表面的温度变化以及温度场信息,为电池和电池组热管理系统设计与优化提供依据。首先介绍了锂离子电池热模型的类型及产热来源,然后阐述了锂离子电池电化学-热耦合模型、热滥用模型和电-热耦合模型的研究进展,最后根据当前锂离子电池热模型存在的问题对其今后的发展方向进行展望。     

基于多孔介质燃烧器的热光伏系统试验研究

热光伏发电是光伏电池将高温辐射释放的光子直接转换为电能的技术,具有对多种燃料的适应性、无运动部件、高功率密度等优点而备受关注。采用液化石油气为燃料,针对美国JX Crystals公司生产的GaSb电池,设计了基于多孔介质燃烧器的热光伏发电系统。研究了不同燃料量和空气流量的条件下,热光伏系统中碳化硅多孔介质燃烧器的温度分布规律和电池运行温度变化规律。分析不同燃烧工况下,电池开路电压和短路电流的变化规律,并总结了电池最大输出功率的特点。试验结果表明,随着燃料量的增加,燃烧器的外壁温度和电池运行温度都有所提高,过量空气过多会降低燃烧器温度;电池的短路电流随着燃烧器温度的提高而增加,开路电压随着电池运行温度的降低而略有提高。     

动力锂离子电池温度场热分析

为了更好地掌握锂离子电池放电时电池内部温度场的分布,对电池放电时产生的热量进行管理,建立了锂离子电池放电时的数学物理模型。利用热分析软件Ansys,以ICR65/400型锂离子电池为例,建立了电池的二维热模型,对电池放电时的温度场进行了仿真分析。模拟了电池内部不同热生成率及电池与外界环境不同换热方式时,电池内部温度场及最高温度的分布,并分析了电池内部热生成率及辐射换热对电池内部温度场分布的影响。结果显示,电池内部最高温度及温度场的分布与电池热生成率、电池换热方式有很大关系。在自然对流换热方式时,辐射换热散发的热量占全部热量的5.6%~17.9%。而在强制对流换热时,辐射换热散发的热量几乎可以忽略不计。     

锂离子电池储能热管理技术应用现状分析

我国电化学储能产业发展迅速,锂离子电池储能应用安全性仍然面临巨大挑战。其中,温度是影响锂离子电池安全运行的重要因素,合理的温度范围和温度分布一致性是确保大规模电池储能系统安全性和长寿命的关键参数。总结了温度对锂离子电池充放电效率、循环寿命和安全性的影响规律;归纳了风冷、液冷、相变及热管四类主流电池热管理系统(BTMS)应用中的关键影响参数及发展现状,分析了不同热管理(BTM)关键技术发展方向;从散热效率、散热速度、成本等角度对比分析了不同热管理技术的优缺点,并对未来热管理技术应用趋势进行了探讨。     

LiNi_xCo_yMn_zO_2/C电池热稳定性模拟研究

通过测试几种LiNi_xCo_yMn_zO_2(NCM)材料的热性质并拟合其热反应参数,建立了不同NCM/C电池的热模型。通过模拟的手段对该体系的热稳定性进行了对比研究,结果表明,NCM材料的热稳定性随着其Ni含量的增加而降低,同时其电池的热失控温度降低。分析电池的热失控机理发现,NCM/C电池热失控的主要原因是NCM材料的热分解放热反应,NCM的热稳定性下降导致其在更低的温度下发生分解,因此降低了电池的热稳定性。该研究结果对NCM电池的安全性评估与设计具有指导意义。     

锂离子电池模组热失控扩展安全性的研究

分别对软包三元和磷酸铁锂锂离子电池模组进行了热失控扩展试验研究。采集电池电压、温度等特征参数,研究锂离子电池在加热触发热失控时的特点及热失控在锂离子电池间传播的特征。对比两款电池的热失控特性及热失控扩展特性,结果表明:试验条件下,三元锂离子电池热失控时释放能量速度快,释放能量集中,更容易发生热失控扩展。     

锂离子电池不同极耳分布下热行为研究

锂离子电池热行为在电池工作过程中扮演重要角色,以软包磷酸铁锂电池为研究对象,研究了电池极耳分布对电池电芯热行为的影响。研究结果表明,采用双侧极耳分布的锂离子电池电芯呈对称性分布,并且其最大温度略高于同倍率下单侧极耳分布。此外,随着倍率增大,锂离子电池电芯温度迅速升高,5 C放电最高温度可达到318 K,在电池正常工作温度范围内,不需额外散热策略。     

锂离子电池电-热联合仿真平台构建

锂离子电池在充放电过程中各个参数量都会随温度的变化而变化,实时评估锂离子电池的电热特性对电动汽车维护和电网储能运行至关重要。针对实际运行中锂离子电池参数测量不准确、电热传递特性不易获取、操作不便等问题,构建锂离子电池电气模型和热模型,并基于等效电路模型和集中热参数模型,综合考虑电池电-热耦合特性,构建了锂离子电池电-热联合仿真平台。基于仿真平台,通过恒流—恒压—新欧洲驾驶周期(New European Driving Cycle,NEDC)实际工况充放电试验,得到电池温度变化曲线,并通过分析温度与电流、端电压和产热散热特性曲线的对应关系,验证了联合仿真平台的有效性。该联合仿真平台可为锂离子电池电-热耦合特性的理论分析以及电池管理系统的设计优化提供依据。