电动汽车用智能锂离子电池模组的设计与实现

主要针对目前制约电动汽车发展的瓶颈问题——电动汽车能源系统展开研究,采用模块化的思想对锂离子动力电池进行系统设计,包括单体电芯集成、模组热管理、均衡控制和结构设计等几个方面的内容。测试数据显示该电池模组设计方案成熟可靠,应用效果良好,可满足实际应用的需要。     

动力电池温度集成控制系统设计与研究

本文以非公路机械动力锂电池为研究对象,围绕动力电池低温加热与高温散热两大关键环节,开展动力电池温度集成控制系统设计与研究。鉴于温度对电池性能及寿命的影响,本文采用挤压成型的铝制型材液冷板,长圆形冷却液道截面,并行布置于模组底部与侧面的方式,实现电池模组的多方向冷却。同时,在电池模组两侧加装电阻式加热片,可使低温下的电池快速升温至适宜温度,确保动力电池发挥良好的充放电性能。动力电池温度集成控制系统能够有效解决电池模组单体电芯温差过大等问题,为动力电池安全高效工作提供强有力保障。     

纯电动汽车动力电池自然冷却的电池热管理系统研究

通过研究纯电动汽车动力电池自然冷却的电池热管理系统,掌握电池在高温环境中(40℃)充放电的性能和低温环境中(-30℃)的加热性能,使动力电池系统的工作温度可以满足整车的正常充放电,增加动力电池系统的循环寿命,为自然冷却形式的电动汽车动力电池热管理系统的设计提供了一种新思路和新方法。     

基于空气冷却技术的动力电池散热方式研究现状

电池温度是影响电池组性能的重要因素,高温会严重影响电池的容量和寿命,并对电池的结构产生不可逆的破坏,甚至会导致安全事故的发生,所以对电池组的散热是必要的。描述锂离子电池的热特性,阐述温度对动力电池的影响以及散热对于动力电池的重要性。介绍了动力电池常见的散热方式,重点介绍空冷散热方式的研究现状,并对强制冷却与主动冷却进行了对比。分析了强制冷却中的串行通风与并行通风,结果表明并行通风优于串行通风。     

电动载运工具锂离子电池低温极速加热方法研究

动力电池环境适应性,尤其是低温性能受限严重制约新能源汽车在高寒地区的安全、耐久、高效和长里程运行.为解决动力电池低温预热难题,提出一种基于短时大电流自放电的电触发极速自加热方法,以18650类锂离子动力电池为研究对象,分析加热过程中的动力电池产热及温升特性,进而设计基于动力电池温度预测的极速加热控制策略;结合COMSOL仿真系统模拟动力电池加热效果,进而开发带有极速加热样机的测试平台,测试结果表明,该方法可以实现快达0.65℃/s的瞬时加热速率,在87 s内将动力电池从环境温度-20℃加热到20℃,目标温度的控制误差仅0.4％,且该加热方法对动力电池寿命的影响很小,对动力电池模组加热时温升标准差小于2.7℃.最后对该加热方法的应用前景、所需进一步解决的科学问题及研究路线进行探讨.     

动力电池低温极速自加热系统加热一致性及其影响因素的建模分析

锂离子动力电池在低温环境下性能急剧衰退,制约了电动汽车在全气候范围内的推广应用。针对电触发极速加热系统：首先进行电热特性建模方法研究,开展电特性表征,建立考虑材料各向异性的电池产热及热扩散有限元模型,试验验证表明电流误差低于98.2 mA,温升误差小于4.09%;仿真研究不同占空比、电池初始SOC情况的加热特性,进而对电池组在加热过程中的加热行为一致性进行研究,结果表明可在270 s内从-20℃加热到20℃,最大温差低于3.94℃;分析电池单体不一致性与加热系统控制参数对加热行为一致性的影响特性,结果表明电池组温升不一致性与单体电池内阻标准差呈正线性相关,且受控制频率与占空比影响显著,其中占空比对温升影响幅度高达15%。     

软包与方形锂离子电池热失控测试及分析

锂离子电池因其优异的充放电及循环性能使其在电动汽车行业得到了广泛应用。然而,锂离子动力电池的安全性问题却一直未得到有效解决。锂离子动力电池的放热反应会引起电池内部热聚集,从而导致热失控引发电池的燃烧或爆炸。为了对锂离子动力电池进行有效的安全防护,本文重点对软包电池和方形电池进行了热失控测试及分析,积累了必要的试验数据,为锂离子动力电池的安全预警策略设计提供了借鉴。     

锂离子动力电池组发热功率试验研究

锂离子动力电池的性能和寿命与电池热管理密切相关,而电池产热模型的建立是其热管理的基础。通过理论计算、试验测试和模拟分析对额定容量为50 A·h、额定电压为3.65 V的三元锂离子动力电池的充放电发热特性进行了研究。结果表明:Newman公式在电池发热功率计算中准确度较高,与试验测得发热功率相比误差为8.7%。将理论发热功率应用于模拟仿真后,模组最高温度与试验测得最高温度误差为9.5%,模拟结果可为锂电池的性能研究及热管理设计提供参考。     

动力电池管理系统核心控制策略开发

插电式混合动力汽车具有电池荷电状态(SOC)使用范围大、整车的工作模式多、用户使用情况复杂等特点,且磷酸铁锂的电池单体电压曲线相对于三元材料的锂离子电池单体曲线更加平坦,低温充电能力差等,因此对锂离子动力电池管理系统的核心功能和性能提出了比纯电动汽车和混合动力汽车更高的要求。开发基于AH积分和静置后上电电压修正以及车载充电机充电修正的SOC估算策略;测试充放电许用功率曲线,开发了动力电池故障、低温低电量下充放电许用功率估算策略。目前东北示范的某型号汽车均采用了此控制策略,整车在各种不同复杂工况、工作模式和高、低温环境条件下运行状态良好,保持较低的动力电池故障率,能够满足示范运营的要求。     

电动汽车电接插件接触电阻振动特性的研究

电动汽车市场发展迅速,与此同时事故却频频发生,其中很大一部分原因归咎于电气设备的稳定性不足,而电接插件的安全性是电气设备稳定性的核心问题,特别是针对高电压大电流的动力电池组。针对动力电池模组内部连接的电接插件展开研究,在目前电接插件制造工艺的基础上,围绕振动工况下动力电池的电接插件的接触电阻以及接触性能一致性评估的核心技术,探索复杂振动工况下动力电池之间电接插件的接触电阻稳定性问题。首先构建面向振动工况下接触稳定性动力学模型,推导电接插件的振动与频率、幅值的关系。进一步地,设计单体电池电连接器的电阻特性测试和电池模组的接触电阻振动试验,发现了接触电阻与接触面积、振动频率的变化规律。最后,结合电动汽车对电源系统的安全需求及相关理论,提出一套高压接插件一致性评估思路,指导电接插件性能在线评估以及结构优化,为电动汽车高压电安全性提供了实际工程应用和理论指导。     

锂离子单体电池热特性仿真分析

在电动汽车行驶时,电池组持续发热,电池组内部会集聚大量的热,从而导致电池的工作温度超过正常范围,造成了一定的安全隐患。鉴于此,选取了一种电动汽车常用的锂离子电池组作为研究对象,对其单体锂电池热特性进行了仿真分析,并探讨了其散热性能。结果表明:锂离子电池最佳工作温度为298~313 K,并且单体放电倍率为2C时,就达到了电池温度的工作极限范围,需要进行快速散热处理。     

锂离子动力电池组热失控扩展防护研究进展

随着新能源汽车行业的迅猛发展,电动汽车锂离子动力电池的安全问题成为重要的研究方向。而锂离子动力电池组安全性的一个核心点就是锂离子动力电池组热失控扩展。综述国内外锂离子动力电池组关于热失控扩展的研究进展,分析热失控扩展的方式及影响因素,阐述几种有代表性的热失控扩展防护措施。     

电动汽车用锂离子电池热管理系统的研究

锂离子动力电池的能量密度较高,且具有长循环寿命特点,因而在电动汽车储能系统中得到了广泛应用。文章以微通道液冷式电池热管理系统为研究对象,深入探讨强化换热和强化结构体力学强度,以不断优化系统整体换热性能和结构强度,合理控制锂离子电池的温度,使电动汽车更具安全性和可靠性。     

[动力电池]基于模型的动力电池系统多尺度热安全设计

针对锂离子动力电池系统的热安全问题,从电池材料、电池单体、电池系统三个尺度,提出了基于模型的电池系统热安全设计开发总体思路。总结了电池材料热稳定性、电池单体热失控特性、电池系统热失控蔓延特性等的测试表征方法。探讨了建立电池热失控的化学反应动力学模型、单体热失控温度与压力预测模型、电池模组热失控蔓延模型过程中需要考虑的因素。利用模型进行仿真分析,可以得到影响电池系统热安全性的主要因素,并指导多尺度热安全设计。     

电动汽车动力电池热管理系统概述

电动汽车的安全运行与电池热管理系统的研究息息相关。首先概括电池热管理系统的设计流程,然后从可逆热和不可逆热两方面归纳电池组产热机理,总结动力电池热管理系统冷却方式与加热方式的优缺点,最后提出一种低温热管理方案。     

锂离子动力电池低温复合加热方法

锂离子动力电池低温环境下充放电性能差,充电过程可能发生析锂,甚至引发安全事故,因此,开展锂离子动力电池低温加热必要且紧迫。为实现锂离子动力电池低温快速加热,提出一种结合交流电内部加热和宽线金属膜外部加热的复合加热方法,建立动力电池的温升模型,仿真分析动力电池的温升特性,基于此,开展动力电池低温复合加热策略的验证试验。结果表明,复合加热法可以在471 s内将动力电池从-20℃加热到5℃,相较于交流电加热法加热速率提升22%、加热功耗降低23%;对单体内阻差异较大的电池组,该方法还能提升加热效果的一致性,是一种可行的动力电池系统低温加热方法。     

新能源汽车用锂离子动力电池单体选型方法

以新能源汽车用锂离子动力电池总成精细设计为目标,提出了面向整车应用的动力电池匹配开发流程,分析了锂离子动力电池单体选型及测试的重要性;提出了电池需求分析方法及锂离子电池单体性能测试方案,以某款锂离子电池单体的四种典型工况性能测试为例给出了测试结果;基于电池测试方案提出了用于电池单体选型的评价方法,相关研究可为新能源汽车锂离子动力电池总成的精细化设计提供有效的测试支撑,具有较强的实用价值和一定的创新性。     

基于CFD仿真的分流翅片液冷板传热特性研究

锂离子电池的化学过程将产生大量的热,必须对产生的热量进行管理,防止温度过高导致电池性能衰减.针对具有分流翅片液冷板的方壳锂电芯模组建立了三维模型,并对模组在1C、2C和3C的放电倍率下,仿真研究动力电池模组的温度分布和液冷板内部的传热特性.结果表明,模组顶部温度高于底部温度,并且随着放电倍率增大,模组最大温差也增大,而电芯平均温度分布情况相似.冷却液温度由入口到出口处逐渐升高,分流翅片有效加强了冷却液的局部流动,提高了冷却液与电芯的传热效率.     

三元锂离子电池SOC估算

本文主要介绍了纯电动汽车三大电之一的动力电池的电池组管理系统其中一项功能:SOC的预测和估算。在分析了三元锂离子动力电池的工作特性和影响因素的基础上,对比了目前主要的SOC的算法及它们的优缺点,选择了一种新的SOC估算模型并对求解步骤作了分析说明。     

车用锂离子电池系统热蔓延试验与机理研究

动力电池的安全问题始终阻碍着电动汽车的推广,而热失控是安全问题的主因.锂离子电池在极端滥用条件下会发生热失控,同时热失控的能量会引发模组乃至系统的热蔓延.目前,单体热失控及模组热蔓延的机理被广泛研究,有关系统层级的热蔓延研究还较少.为研究电池系统热蔓延的机理,进行电池系统热蔓延试验.根据试验中系统热失控能量释放的剧烈程度,将电池系统热蔓延分为三个阶段:始发模组内热蔓延、模组间热蔓延和轰燃.此外,根据模组的不同受热情况,模组内热蔓延的规律可总结为顺序蔓延、同步蔓延和倒序蔓延三种模式.最终,结合蔓延表征结果和电池系统结构,发现液冷板对系统蔓延路径起到导引作用,以及当系统上盖破损后,电池热失控时会伴随着火焰,进而加速系统热蔓延过程,同时还验证了空气间隙对热蔓延的延缓作用.研究揭示了电池系统热蔓延的特征,为电池系统的安全性设计提供了依据.