电动汽车用锂离子电池低温性能和加热方法

为提高锂离子动力电池的低温充放电性能,以锰酸锂80 Ah电池单体为研究对象,进行低温下电池充放电特性实验研究,提出宽线金属膜加热方法,并对-40 ℃下的电池单体进行加热和放电实验,采用不同的预热时间,对加热后电池放电性能进行比较实验.结果表明:低温下,电池的充放电性能显著衰减,采用宽线金属膜加热方式能显著提升电池的低温放电性能;同时,通过对比实验发现,仅增加预热时间对提高低温电池放电性能的效果有限.     

三元18650电池低温放电特性的实验研究

为研究三元材料锂离子电池的低温性能,以国内某公司生产的三元材料2.6 A·h单体电池以及自制的23.4 A·h电池模组为研究对象,对不同放电倍率下三元材料锂离子电池放电电压、放电容量及温度等特性进行了研究.研究结果表明,当环境温度为-20℃时,单体和模组的放电端电压曲线呈非线性变化;单体电池的放电容量随放电倍率的增大而减小,电池模组的放电容量随放电倍率的增大而增大;电池放电倍率越大,电池的发热量越大,电池的温升越高,同一倍率下,电池模组中心电池的温升是单体电池温升的2.6倍.     

电动汽车锂离子电池散热加热设计

锂离子电池热管理已成为制约电动汽车商业化的瓶颈,为解决此问题,将微热管阵列应用于锂离子电池散热和加热系统.通过测量布置热管前后电池表面温度可知:在1C充放电倍率下,散热系统能有效降低电池模组的温度及电池间温度差异,将温度和温度差值分别控制在40℃与5℃之内;通过加热片加热热管,有效提高电池低温放电性能,从而提高电池持续充放电过程的稳定性和安全性.     

圆柱18650锂离子动力电池放电及温度特性

能耗和环境问题促使电动汽车快速发展, 锂离子电池在电动汽车储能系统中具有重要的作用. 锂离子动力电池的特性与环境温度紧密相关, 倍率放电容量特性、荷电状态-开路电压曲线是反映电池基本性能的重要特性指标, 也是电池管理系统设计需要参考的重要参数. 该文对圆柱18650三元锂离子动力电池进行了相关的性能试验, 研究了单体和电池组开路电压变化规律、不同放电倍率下的电池容量和不同温度下的电池容量, 为荷电状态估算方法的研究及电池管理系统设计积累了数据.     

基于传质现象的锂电池机理建模

在比较分析各类蓄电池系统模型的基础上,提出一种基于传质现象的锂电池简化机理模型。采用COMSOL v3.5软件针对型号为IHR 18650的锰酸锂离子电池进行仿真研究,并通过放电实验对简化模型的有效性进行验证。结果表明,提出的简化模型能够较为准确地描述锂离子电池的外部特性。文中进一步对不同充/放电电流条件下的锂离子浓度和电势分布情况、设计参数对锂电池性能的影响以及锂离子浓度和电势分布随电池充/放过程的变化情况进行了仿真分析。     

锂离子电池放电过程热特性实验研究

以18650锂离子电池为研究对象,利用简化的Bernardi生热模型和混合功率脉冲特性(HPPC)测试,进行相关的热特性实验,对锂离子电池在放电过程中的温升、生热量和直流内阻等特性进行研究.结果表明:电池在放电过程中的温升和生热量与放电倍率呈二次关系;电池在放电过程中的生热量以不可逆热为主,可逆熵变热所占比例小于5.4％,放电倍率越大,不可逆热所占比例越大;电池的内阻在较低的温度和荷电状态(SOC)下变化明显,随着温度的降低,电池的直流内阻不断增大,放电初期,电池的内阻基本保持不变,当电池的SOC降低到40％以下时,电池的内阻逐渐增大.研究结果可以为电池模组及电池包瞬态热模型的建立和分析提供依据.     

基于Fluent的锂离子动力电池的热分析

锂离子动力电池的温升现象严重影响电池的寿命和汽车的安全性.本文分析了锂离子动力电池的生热机理,进行了热效应模型的建立和热物性参数的确定.建立了电池三维模型并进行网格划分,选择稳态流动的求解方法及设置合理的边界条件,最后对电池进行2 A、3 A、4 A和5 A的恒流热分析.仿真结果表明不同恒流放电下,电池的最低温度、最高温度和最大温差都不同,放电电流越大,电池的最低温度、最高温度和最大温差都随之增大.     

三元动力电池及其成组后的过充安全性试验

为提升动力电池的过充安全性,明确过充热失控的发生机理、行为特点及传播特性,对三元动力电池及其成组后的过充热失控行为展开试验研究,得出电池过充热失控有明显的触发演化过程;电池电压从开始急剧下降到电池温度急剧升高完全热失控之间存在一定的反应时间;随着热失控的不断拓展,电池热失控所达到的最高温度会逐渐升高;模组结构在一定程度上能抑制电池过充热失控的发生。最后,提出改善三元动力电池及其成组后过充安全性的具体建议。     

锂离子电池充放电过程中的热特性研究

为了在某一恒定温度下准确研究电池充放电过程中的吸放热特性,本文以18650LiCoO_2电池为实验对象,采用等温量热仪和充放电柜对锂离子电池在充放电过程中的产热行为进行研究。研究结果表明,随着充/放电倍率的增大,电池放热速率明显升高,在20℃条件下,1C倍率放电后期产热速率较0.3C增加了530.5%;在同一倍率条件下,LiCoO_2电池0℃与40℃相比,充电时间增加了10.2%,严重影响了LiCoO2电池的充电性能;在相同条件下,放电过程中电池产热量要远大于充电过程中电池产热量。本文为电动车用锂电池热安全研究提供了可靠的参考依据。     

稻壳制备锂离子电池多孔硅负极材料

以稻壳为原料,采用镁热还原方法制备孔隙和孔壁主要为纳米尺度的多孔硅材料.作为锂离子电池负极材料,在30 m A/g恒流充放下,多孔硅具有首次充电容量为2 387 m Ah/g,50次充放循环后,充电容量保持率为23.3%.考虑到稻壳的资源丰富、廉价易得和可持续利用特点,镁热还原工艺的低成本性以及稻壳制备的多孔硅具有较好的电化学性能,此法有望制备实用的优质锂离子电池多孔硅负极材料.     

正极材料LiNi_（0.4）Mn_（0.4）Co_（0.2）O_2的制备和性能

采用草酸共沉淀法合成了锂离子正极材料LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2。用XRD、SEM和充放电实验对合成产物的结构、形貌和电化学性能进行了表征;用DSC对合成产物在不同充电状态下的热稳定性进行了研究。结果表明,采用草酸共沉淀法合成的正极材料LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2具有α-NaFeO2型层状结构,阳离子有序度高,粒度均匀适中,电化学性能良好,首次放电比容量达到158.7 mAh/g,30次循环后放电比容量还有144.8 mAh/g;过充电状态下具有良好的热稳定性。     

大型软包锂离子电池的热物性实验研究

针对大型软包锂离子电池热物性参数的测定问题,提出适用于该型电池的热参数表征方法. 基于准稳态导热原理,建立电池的传热理论模型. 开展实验研究电池的比定压热容和导热系数与温度的依变关系,分析热损对测试结果的影响,对测试方法的有效性进行验证. 结果表明,电池比定压热容随着温度的升高而线性增大,导热系数受温度的影响较小. 在900 s内可以测得电池热参数在10~60 °C下的变化状况,实验验证结果显示测算精度高于92.3%,具有测算周期短、准确度高和测试灵活等优势.     

锂离子电池液冷管路优化

锂离子电池热管理系统是提高冷却效率的关键。针对车载锂离子电池的液冷通道管路,对其进行设计优化,建立了相应的数值模型,并通过实验验证了数值模型的可行性。研究结果表明：微通道冷却系统在高倍率放电下,可以将电池的温差从9.74 K降低至4.71 K,最高温度从309.74 K降低至305.13 K,都在最佳工作范围之内。通过对冷却液温度的研究发现,只通过降低冷却液温度并不能改善电池的温度环境,需要一个合适的温度来保障电池的温差,并且冷却液温度与电池的温差呈现出线性关系,电池的温差随着冷却液的温度降低而增大。     

Cu微粒包覆Cu/LiFePO4正极材料的制备及性能研究

用高温固相反应法制备Cu微粒包覆的锂离子电池正极材料Cu/LiFePO4。采用X射线衍射、场发射扫描电镜对材料的物相结构和颗粒形貌进行分析和观察,采用恒流充放电、慢扫描循环伏安法和电化学阻抗谱法测试材料的电化学性能。结果表明,Cu微粒包覆使复合材料颗粒分散更均匀,结晶更明显;Cu/LiFePO4（n（Cu）∶n（Li）=1∶15）正极材料首次放电比容量最高为142.8 mA.h/g,与纯LiFePO4正极材料的对应值151.7 mA.h/g相比有所下降;虽然Cu微粒的加入在一定程度上能够提高材料的电子导电率,但在第一周充电时Cu即发生不可逆氧化,导致该复合材料具有较低的放电比容量和较大的首次不可逆容量损失。     

SOC distribution-based modeling for lithium-ion battery for electric vehicles using numerical optimization

In order to simulate electrical characteristics of a lithium-ion battery used in electric vehicles in a good manner,a three-layer battery model is established.The charge of the lithium-ion battery is assumed to distribute among the three layers and their interaction is used to depict hysteresis and relaxation effect observed in the lithium-ion battery.The model parameters are calibrated and optimized through a numerically nonlinear least squares algorithm in Simulink Parameter Estimation Toolbox for an experimental data set sampled in a hybrid pulse test of the battery.Evaluation results showed that the established model is able to provide an acceptable accuracy in estimating the State of Charge of the lithium-ion battery in an open-loop fashion for a sufficiently long time and to describe the battery voltage behavior more accurately than a commonly used battery model.The battery modeling accuracy can thereby satisfy the requirement for practical electric vehicle applications.     

NiMH电池快速充电器的研究

为了设计一种新型NiMH电池快速充电器 ,研究了NiMH电池充电过程中的电化学反应以及电池的充电特性 ,确定采用一种新型的快速充电方法———脉冲充放电方法 .并通过实验验证这种方法的可行性和优越性 .试验结果证明充电器加入放电脉冲后充电迅速 ,能够很好地控制电池的充电电压和温度 ,防止损伤电池 ,而且电池最后的容量比没有加入放电脉冲时的容量大 .     

镍氢电池充放电终止指标的实验研究

进行了镍氢电池的充放电实验,检测了电池工作时的电压、容量、温度和内阻,绘制了相应的曲线.上述4个参数的变化显著程度不同.借助曲线,讨论了镍氢电池充放电终止指标的确定原则.充电时,电池电压、容量和电池的温度可作为终止指标.放电时,电池的电压、容量和内阻可作为终止指标.总体而言,用容量作为充放电的终止指标比较准确,由此提出了以电池容量作为充放电终止指标的建议,所得到的结论对不同容量的镍氢电池具有参考意义.     

Challenges and recent progress in thermal management with heat pipes for lithium-ion power batteries in electric vehicles

Electric vehicles(EVs) are globally undergoing rapid developments, and have great potentials to replace the traditional vehicles based on fossil fuels. Power-type lithium-ion batteries(LIBs) have been widely used for EVs, owing to high power densities,good charge/discharge stability, and long cycle life. The driving ranges and acceleration performances are gaining increasing concerns from customers, which depend highly on the power level of LIBs. With the increase in power outputs, rising heat generation significantly affects the battery performances, and in particular operation safety. Meanwhile, the cold-start performance is still an intractable problem under extreme conditions. These challenges put forward higher requirements for a dedicated battery thermal management system(BTMS). Compared to traditional BTMSs in EVs, the heat pipe-based BTMS has great application prospects owing to its compact structure, flexibility, low cost, and especially high thermal conductivity. Encompassing this topic, this review first introduces heat generation phenomena and temperature characteristics of LIBs. Multiple abuse conditions and thermal runaway issues are described afterward. Typical cooling and preheating methods for designing a BTMS are also discussed. More emphasis on this review is put on the use of various heat pipes for BTMSs to enhance the thermal performances of LIBs. For lack of wide application in actual EVs, more efforts should be made to extend the use of heat pipes for constructing an energy-efficient, cost-effective, and reliable BTMS to improve the performances and safety of EVs.     

Electrochemical Performance and EIS Analysis of Commercial Lithium-Ion Battery

Degradation behavior is the main technical problem in the field of commercial application of lithium-ion batteries.According to the characteristics of voltage,discharge capacity and inner resistance during the charge/discharge process of commercial lithium-ion batteries of mobile telephone,degradation analysis and related mechanisms are put forward and discussed in the paper.The impedance spectra of prismatic commercial lithium-ion batteries are measured at various state of charge after different charge/discharge cycles.The measured impedance spectra are discussed with a proposed equivalent circuit.Results indicated that the structure change of electrode materials or swell and shrink of crystal lattice,decompose of electrolyte,dissolution of active materials and solid electrolyte interphase film formation are the main reasons leading to the capacity degradation.