18650型锂离子动力电池热特性研究

针对电动汽车用锂离子动力电池热特性,以3.2 Ah锂离子动力电池为研究对象,建立了锂离子动力电池的热模型。分别对锂离子单体电池在不同放电倍率、不同环境温度下的热特性进行了仿真和实验。结果表明,锂离子电池温升呈现非线性特征,在放电末期温升速率明显增大;锂离子电池的温升和温升速率随着放电倍率的增大而增大;仿真温度和实验温度变化趋势基本一致,说明所建立的数学模型能够较准确地描述锂离子单体电池放电过程热行为。进行锂离子单体电池热特性仿真和分析,可以为热管理系统设计提供依据。     

锂离子储能电池放电热行为仿真与实验研究

研究了单体锂离子储能电池三维电化学-热耦合模型建模技术,开展了不同放电条件下的电池温升曲线数值仿真和实验测试。实验测定电池各主要组成材料的导热系数、比热等热物性参数,锂电池电芯叠层简化为导热系数各向异性整体结构,建立包含电芯、外壳、正负极柱等主要部件的单体电池三维几何模型;Bernardi模型描述锂离子单体电池生热率,考虑锂电池内阻随荷电状态变化,生热率作为源项加入计算模型,瞬态分析方法得到了放电历程中锂电池温度场分布,并开展了温升曲线实验测试。研究结果表明:锂电池温升呈现非线性特征,在放电末期温升加速明显;外壳材料对锂电池散热具有一定程度的影响;建立的热模型能够较准确地描述锂离子单体电池放电过程热行为。     

触发位置对锂离子电池模组热扩散特性的影响

针对锂离子电池热扩散问题,以18650三元锂离子电池为研究对象,搭建了模组的热扩散模型,研究了模组中不同位置单体触发热失控后对整个模组热扩散的影响.基于锂离子电池热失控反应机理和热传导机理建立了单体电池在绝热条件下的热失控模型,并通过设计相应试验验证模型的准确性,仿真结果与试验结果吻合较好.以单体电池热失控模型为基础,搭建模组热扩散模型,研究了模组中不同位置单体触发热失控对模组热扩散的影响.结果表明:中心位置单体触发热失控,热失控行为呈放射状向周围扩散,且每次都是两个单体电池一起发生热失控,在40 s左右,模组一侧的电池全部达到热失控触发温度;边缘位置单体触发热失控,热失控行为依次向周围扩散,且每次只有一个单体发生热失控,大约50 s的时间,模组一侧的电池全部达到热失控触发温度.最后,基于热扩散模型研究了不同隔热材料对模组热扩散速率延缓的作用.     

高比能锂离子电池模组热扩散行为仿真研究

针对锂离子电池热扩散防护问题,以50 Ah三元锂离子电池为研究对象,搭建了加热条件下锂离子电池模组的热扩散模型,研究了不同隔热材料和对流换热系数对锂离子电池模组热扩散行为的影响。基于锂离子电池的热失控反应机理和热传导机理建立了单体电池热失控模型,模型误差小于6%。以单体电池热失控模型为基础,搭建了5个电池并联的电池模组热扩散模型,并设计相关试验验证了模型的准确性,仿真结果与试验结果相符。利用热扩散模型研究了隔热材料和对流换热系数对电池热扩散行为的影响。结果表明:隔热材料的导热系数越大,模组中第1个电池触发热失控的时间越长,电池模组发生热扩散的时间越短,热失控延滞期减小;对流换热系数越大,电池模组发生热扩散的时间越长,热失控延滞期增加。     

基于动态生热模型的18650电池温度场建模仿真

为研究18650动力电池放电过程中温度场变化规律,采用实验与数值仿真相结合的方法,通过实验获得不同SOC下直流内阻与放电倍率数据,建立单体电池生热速率随SOC及放电倍率变化的动态模型,基于该模型利用有限元方法建立了单体电池三维热模型并进行仿真模拟。仿真与实验结果表明,仿真的温度变化与实验吻合,该模型可以很好地模拟不同倍率放电条件下电池的温升情况,为电池组的热管理提供了方法。     

基于热-电耦合模型的锂离子电池热特性分析

锂离子电池的热效应不仅影响电池的性能和使用寿命,同时也是电池安全使用的一个隐患。针对18650型锂离子电池的热效应,建立一维电化学与二维传热耦合模型,并对模型进行数值计算及试验验证,重点分析了热电耦合模型对18650型锂离子电池温升效应的预测及工作温度对锂离子电池放电容量的影响。结果表明:热电耦合模型可以较准确地预测锂离子电池运行过程中的温度场变化,工作环境温度对单体电压无影响,但对锂离子电池充放电影响较大,环境温度升高,锂离子电池材料活性增大,放电容量增大。     

新型车用软包锂离子电池模块温度特性研究

电动汽车电池包由一定数量的电池模块组成,模块的温度特性将直接影响电池包的温度特性。为研究软包三元锂离子电池模块的温度特性,以软包三元锂离子单体电池作为对象,设计并制作了新型的电池模块。通过测量试验,获得了单体电池在不同下开路电压与温度的关系,获得了dE0/d与的关系曲线。结合Bernadi生热模型,利用ANSYS软件建立了电池模块热模型;进行了不同放电倍率下发热仿真,对比不同放电倍率下模块的温升实际测试结果,实测结果与仿真结果误差很小,表明该模型是可信的。仿真结果表明该模块在不同倍率下放电的温升和温度场差异较小,这表明模块的散热设计是有效的。     

基于电化学热耦合模型锂电池热管理系统优化

以电化学模型和直角坐标系三维热模型为基础,建立了电化学三维热耦合模型,对锂离子电池组产热情况进行仿真分析,结果表明电池组的温度分布更加符合实际情况,比单独的三维热模型或电化学二维热耦合模型更加准确。以额定容量为60 Ah的锂离子电池为例,对锂离子电池进行不同放电倍率的产热分析,得到了电池组的温度场分布,分析了温差与温升的原因,构建了一种新的电池包的结构,再次对新的电池组进行不同放电倍率产热分析,温差与温升都有明显的下降,达到了优化的目的。     

基于分层电化学热耦合模型的锂电池放电过程研究

软包锂离子电池由许多电池单元叠压形成,其中电池单元的电和热行为对电池的整体安全性有很大的影响。为了研究电池单元与单体之间的关系,采用多孔电极理论建立了大容量软包锂电池的分层多维模型,并考虑了瞬态温度变化与电化学反应间的相互作用关系。利用该分层模型研究不同温度下电池放电过程中的电化学和热特性,得到更为真实的电池温度场分布。此外,本文介绍了表征电池单体内不同电池单元荷电状态分布的均匀指数。仿真表明,电池单体内的温度梯度差异加剧了不同电池单元间的过电位不一致和电流密度不一致程度,有利于进一步研究单体电池的衰退演化轨迹。     

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。