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...     

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。     

车用动力锂电池产热机理研究现状

精确的锂离子电池产热量是电动汽车电池包热管理设计的基础。总结了现有锂离子电池产热模型,指出Bernadi产热模型在计算电池产热时通用性较高。整理了3种测量温熵系数dE/dT的方法:直接测量法、可逆热等值法以及极化热扣除法。给出了Bernadi产热模型关键参数温熵系数dE/dT特征值,为各类锂离子电池包产热计算提供了依据。     

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。     

一种热电池通用振动夹具设计

热电池在振动实验中需要夹具转接固定,夹具性能的优劣直接影响到设备的可靠性。介绍了一种通用振动夹具的结构设计,并进行了仿真分析优化、实验验证,对夹具进行了讨论和总结。对热电池及同类产品振动实验夹具的设计具有一定的工程指导和参考价值。     

一种电池包热安全检测方法

在对锂离子电池材料热分析、单体电池绝热温升、电池管理系统(BMS)功能安全设计验证和电池包热管理系统设计验证等4个方面进行组合实验的基础上,提出一种从电池材料端到系统端的电池包热安全四重检测方法.该检测方法能使电池包的热安全检测更全面、高效,降低电池包安全事故发生的概率.     

基于自产热和外传热的锂离子电池热学模型参数辨识方法

锂离子电池热学模型参数（热容和热阻）的准确辨识对电池热电耦合建模及状态参数估计至关重要。然而传统测量方法成本高且测试周期长，如何利用充放电工况结合产热和传热机理研究快速热参数辨识方法具有重要意义。以8A?h软包锂离子电池为研究对象，建立分布式热路模型；设计双向脉冲工况实验，采用自适应粒子群算法（APSO）进行辨识；同时采用其他工况进行验证，实验和仿真温度误差小于0.1℃。另外，将热容和热阻转换为比热容和导热系数，并与其他文献中同类电池的参数进行比对，量级接近。研究结果表明，该方法可以有效解决层叠式软包锂离子电池热学模型参数辨识难的问题，且简便易行、成本低。     

圆柱型锂离子电池三维分层热耦合模型研究

圆柱型锂离子电池的电芯由电池单元卷绕形成,其中电池单元由浸润在电解液中的正负极片、隔膜以及正负极耳组成。三维平均体积模型难以分析电池内部复杂的电化学系统,对此,针对实物的三维结构建立了考虑瞬态温度变化与电化学反应间相互影响的三维分层模型。通过实验验证了模型的准确性,基于模型结果详细分析了在不同放电倍率下电池内部电流密度和极化电压等电化学特征、焦耳热及反应热的产热速率和电池内部温度分布。研究结果有助于后续电池温度一致性及热管理技术的研究。     

电动汽车磷酸铁锂电池低温特性研究

电池温度是影响电动汽车动力电池性能的重要因素,重点研究了磷酸铁锂动力电池低温特性。设计并实施了磷酸铁锂电池低温实验,在实验数据的基础上分析了磷酸铁锂电池的低温动态特性。建立了磷酸铁锂电池热模型,结合实验数据研究了电池热模型、热物理参数和内阻辨识的方法。通过模型仿真的方法,验证了电池热模型的精度,仿真结果表明电池热模型能够很好地模拟电池的实际生热过程,并能够完整地模拟电池的低温热物理特性,可为电动汽车磷酸铁锂动力电池低温特性研究提供依据。     

基于MMC的锂电池管理器研究

研究了一种基于MMC(modular multilevel converter)的锂电池管理器,该管理器能将充放电控制和电池均衡管理统一在同一变换器内部完成,解决了传统电池管理器将充放电控制器和电压均衡电路相互独立而使电路较为复杂的问题。首先分析了变换器的工作原理,以12 V电池包为例设定了功能需求,并依此设计了控制策略与能量管理策略,相应地得到了控制框图与控制器的程序流程图;然后设计了实验样机,进行了关键参数的设计;最后,对设计结果进行了仿真分析和实验验证。仿真结果表明该管量器能够实现双向电流控制、输出稳压控制和单体电池均衡,验证了上述分析和设计的正确性。实验验证了双向充放电电流控制与稳压环控制的可行性,而单体电池的长期电压均衡仍有待进一步实验验证。     

光伏电池反向模型仿真分析及实验研究

以MATLAB软件为仿真平台,建立了光伏电池反向Bishop子电路模型,不同光照和不同温度下光伏电池电气特性的仿真和实验结果对比证明了该模型的有效性。分析了光伏组件模型各个参数对光伏电池电气特性的影响,对模型的参数提取和实际光伏阵列设计具有指导意义。大面积光伏阵列可能会出现热斑效应,利用光伏电池反向模型,分析了热斑效应形成原因、形成条件以及旁路二极管对热斑效应的进行了仿真分析,为并联旁路二极管拓扑结构的选择提供了依据。此外,仿真分析了实际商用光伏阵列在遮挡情况下所出现的多波峰特性,验证了旁路二极管对光伏阵列的保护效果。     

基于半导体制冷技术的动力电池热管理系统研究

研究了一种利用半导体制冷技术的电池热管理系统。首先分析了电池的生热特性及传播规律,指出电池需要工作在合理的工作范围内,然后建立电池的热效应模型和半导体制冷模型,并对单体电池温度场进行了仿真和实验,实验验证了模型的正确性。根据实验结果对模型进行了校正,使模型更符合实际情况。最后对电池组半导体制冷热管理系统进行了仿真,结果表明半导体制冷片对单体温度场和电池组温度场都能够进行有效的调节,使电池工作在合适的温度范围内。     

锂离子电池热模型研究现状及展望

锂离子电池热模型对单电池产热研究和电池热管理系统设计具有重要意义。根据热模型搭建原理及研究目的不同,将热模型分为电-热耦合模型、电化学-热耦合模型和热滥用模型,分析了电池热模型研究领域的研究现状,总结了锂离子电池热模型的下一步研究方向。     

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。     

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.     

空间氢镍电池的热设计研究

为进一步改善空间用氢镍电池的热设计,降低电池组的轴向温差,对电池壳体以及卡套的结构进行了设计改进,同时引入新的结构件材料(镁合金)来提高电池组散热能力;对改进后的电池组件进行了热学仿真分析、经验公式的定性分析、低真空温差试验和电池组热真空试验验证,验证结果表明,电池组轴向温差与改进前相比降低了39％,电池组的热设计得到了大幅度改善.     

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。     

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。