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。     

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。     

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。     

锂离子电池恒流充电的温度及产热特性分析

基于COMSOL-Multiphisics仿真软件,考虑电池表面辐射换热,建立18650磷酸铁锂电池的准二维电化学-热耦合模型,搭建充电测试平台验证模型准确性,研究不同充电倍率下锂离子电池的温度特性,重点分析不同类型产热占比、不同区域产热占比、正极产热和负极产热情况.结果表明:随着充电倍率的增加,电池表面平均温度显著升...     

锂电池组动态热模型在混合动力汽车中的应用

锂离子电池热模型对于电池单体和热管理系统的设计有着重要的意义,研究串并联组合的锂离子电池组在混合动力汽车系统中的性能和寿命,提出面向控制的电池组动态热模型,该模型能根据电池组当前的环境温度、运行负荷、冷却强度和初始荷电状态实时估计电池组中各单体电池的运行温度。实验利用18650型锂离子电池单体,实现3并3串和3串3并形式的电池组循环充放电,得到单体电池温度分布曲线。仿真比较结果表明,提出的电池组热模型具有较高的估计精度,满足混合动力汽车的热管理系统的设计要求。     

不同老化阶段的锂离子电池热特性研究进展

研究锂离子电池不同老化阶段的热特性对于锂离子电池全寿命周期安全运行控制具有重要意义。首先梳理了不同老化阶段电池本征热特性参数和产热特性参数的实验研究进展,厘清相关参数随电池老化阶段变化的规律和内在机理;结合锂离子电池热特性研究的电模型、热模型和老化模型的全面综述与分析,总结了锂离子电池不同老化阶段的产热及温升随环境温度和倍率的变化规律。相关工作可为锂离子电池全生命周期热特性变化和热管理策略研究提供参考。     

储能锂离子电池包强制风冷系统热仿真分析与优化

基于电化学-热耦合模型借助ANSYS Fluent平台对储能系统中的锂离子电池包进行仿真分析与结构优化。首先建立电池的热仿真模型,基于该模型利用ANSYSFluent仿真软件得到电池单体温度分布,并通过与实验测量的结果对比验证所建立的仿真模型的准确性。接着进行了电池包风冷系统的仿真分析,完成了对电池包温度分布和风道流速分布的求解。最后通过改变出风孔数量和风扇挡板形状改善了冷却系统的冷却效果。研究结果表明,基于电化学-热耦合模型对储能电池包的温度与内部流速分布的分析是可行的,对强制风冷系统的结构优化能够大幅度提高系统的散热性能,实现更低的最高温度与更均匀的温度分布。     

锂离子电池热模型研究进展

锂离子电池的热模型对于锂离子电池单体和热管理系统的设计有重要帮助,是研究改善锂离子电池安全性的重要工具.介绍了国内外关于锂离子电池热模型的研究进展,包括电化学一热耦合模型、电一热耦合模型和热滥用模型,以及以这些模型为基础,在锂离子电池单体设计、热管理和安全性研究方面做的工作.在此基础上,分析了当前研究有待于深化的地方,为下一步研究提供参考.     

锂离子电池静置下阶跃放电电流动态模型

分析锂离子电池的一些特性时通常要电池的恒流放电曲线特性。目前工程上一般令电池输出阶跃电流以测取这个曲线,因此得到的电池电压特性是阶跃电流响应而不是恒电流响应。基于电化学理论中的控制电流法提出了建立锂离子电池阶跃电流响应模型的方法,分析了放电过程正极材料扩散系数的变化对电池端电压的影响,建立了数学模型并给出了模型参数的获取方法,还分析了模型参数随工作电流、环境温度以及电池荷电状态的变化规律。仿真和实物实验验证了模型的正确性。     

2.5kW全钒液流电池的建模与仿真

介绍了全钒液流电池(VRB)的化学反应原理以及组成部分,分析并确定影响钒电池充放电的主要因素,建立了2.5kW钒电池的电化学模型和机械模型。利用Matlab仿真,在恒流充放电的条件下,得到钒电池运行过程中的电堆电压和电池功率曲线,研究了电池充放电过程中的流量参数优化。该模型较好地反映了钒电池的充放电特性,可为钒电池的操作运行以及能量优化提供工程指导。     

不同工况下功率型锂离子电池的热特性与仿真研究

本文针对功率型锂离子电池在使用过程中可能出现的热失控问题，以21700圆柱型锂离子电池为实验对象，采用混合功率脉冲特性(HPPC)测试方法，研究了不同条件下(温度、电流、荷电状态)内阻的变化趋势，并分别建立了基于温度、电流参数的Rint、Thevenin与双极化(DP)电路模型及电热耦合模型。借助Fluent仿真技术，进行了不同模型的验证，对比了不同放电倍率下模型仿真与实测温升的拟合精度。同时，实现了不同倍率下电池热行为的研究，为功率型锂离子电池的温度预测提供了一定的理论依据。     

纯电动汽车锂离子电池热效应的建模及仿真

电池热模型可用来研究电池内部的温度分布和热传递,从而进一步提高电池的安全性能。通过实验测得不同温度和荷电状态(SOC)下电动车用锂离子电池内阻的变化情况,拟合得到电池内阻和SOC的关系表达式。通过Fluent软件建立了锂离子电池的单体温度场模型并进行仿真。仿真结果表明电池壳体对电芯的散热作用明显,在建模时不能忽略;电池正负极耳对电池整体的温度影响不大,在进行电池组建模时为了加快运算,可以忽略电池极耳。     

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.     

基于温度修正的锂离子电池协同热仿真构架

在充放电过程中电池各项参数都会随自身温度的变化而变化,因此在对电池充放电行为进行仿真时,需根据实时温度对模型参数进行修正。为对电池的这种热电耦合过程准确建模,提出一种联合电路仿真、计算流体力学仿真的协同仿真构架,以此实现对模型参数的实时温度修正。在不同温度、不同电流倍率以及FUDS工况条件下对仿真结果进行实验验证,并提出以交变脉冲工况作为锂离子电池热稳态快速测试方法,进而为动力锂离子电池热管理系统的模拟、设计与优化提供参考。     

锂离子电池热耦合SP+模型及其参数化简

为了更加准确便捷地研究锂离子电池的性能和健康状态,提出了一种热耦合SP+模型。首先,在单粒子模型的基础上,增加液相扩散作用和电池温度的描述;然后,针对模型参数过多、不易应用的问题,进行参数化简融合,并保留了其清晰的物理含义;最后,对该模型进行不同工况下端电压、容量和表面温度的验证。实验结果证明该模型有很高的仿真精度。热耦合SP+模型的提出使锂离子电化学模型的表达形式和计算过程得到了简化,增加了热行为的仿真,为电化学模型应用于电池管理系统提供了理论基础。     

基于二阶 RC 模型的锂电池充放电特性分析北大核心CSCD

为保证锂离子电池的安全健康使用,需要对锂离子的荷电状态进行实时估计,但由于电池内部复杂的电化学特性,且在辨识过程中辨识结果受温度、荷电状态和充放电倍率等非线性因素影响较大,实现准确的状态估计较为困难。文中首先基于二阶RC等效电路研究倍率充放电对锂电池的影响,另外为保证所建电池模型兼具较高精度和较好的实时性,根据最小二乘法对混合脉冲功率特性测试实验数据完成不同荷电状态下的数据拟合、参数辨识等工作,并依据扩展卡尔曼滤波完成对电池荷电状态的状态估计,并验证扩展卡尔曼滤波具备可实施性;最后搭建Simulink锂电池仿真模型并输出对比响应电压波形。实验结果表明该实验方法的有效性,输出电压与实验所得的电压变化趋势基本一致,为锂离子电池的管理系统提供了一定的参考依据。     

基于二维模型的单体锂离子电池热仿真与实验

基于锂离子电池二维平面电位与电流密度研究,结合电池组成材料的热物性参数,建立锂离子电池放电热行为热模型,开展了单体电池瞬态热行为流热数值仿真,结合电池温升曲线实验,验证了锂离子电池数值仿真模型.研究结果表明:基于二维电流密度非均匀分布所建三维单体锂电池热模型能够较准确地描述电池的实际放电热行为;电池外壳材质对热模型传热效果具有一定的影响.     

计及动态非均匀热特性的储能软包锂电池充放电热路模型

当前锂离子电池热行为解析模型与仿真模型在储能应用中面临效率或精度挑战。提出一种计及动态非均匀热特性的软包锂电池热分析方法,为储能系统提供电池状态在线评估工具。首先,构建热路模型和解析偏微分方程组,以捕捉充放电过程中电池动态非均匀热特性。其次,建立迭代机制确定求解参数,发展一种兼顾精度和效率的求解算法。将热解析模型和算法应用于商用储能锂电池温度评估。多种充放电工况下的实验结果表明,所提方法具有毫秒级计算成本和小于3%的温度误差,参数标定、迭代机制增强了该方法的工程适用性。该方法对储能电池管理系统展现出良好的应用潜力。     

三维锂离子单电池电化学-热耦合模型

预测锂离子电池的内部温度场对于热管理系统开发具有重要意义。应用多孔电极理论,建立了锂离子电池的一维电化学生热模型,同时考虑正负极集流板和电解液的欧姆热,与基于温度场相似准则建立的跨尺度锂离子单电池三维分层模型耦合,建立了基于有限单元的锂离子单电池温度场模型。基于模型进行1恒流放电工况下的热力学计算,系统考察了电池温度变化与分布特征,并对比分析了各层不均匀发热率分布情况。仿真结果表明,所建立模型能够进行锂离子电池内部分层结构发热分布和温度场预测,有助于后续的关键影响因素分析。     

锂离子电池热滥用模型及实验校核

建立了锂离子电池(BYD:LiCoO2-EC/EMC/DEC/DMC-Graphite,18650)的三维非稳态热滥用模型。根据离线测量的电池材料物性参数进行了炉箱测试的数值模拟,并利用三种不同状态(未注电解液、注液但未充电及充满电)电池的炉箱测试结果对模型进行了校核。在此基础上,研究了锂离子电池在热滥用情况下的放热与温升规律。基于影响电池热失控的两个主要因素(温度和充电状态),提出判别电池热安全性的临界曲线分析法。