考虑热辐射效应的锂离子电池温度场仿真分析

温升是影响锂离子电池力学性能和使用寿命的主要参数。研究了热辐射效应对温度的影响,首先建立了圆柱型电池传热模型,针对ICR65/400锂离子电池数值分析了热辐射系数对电池内部温度场变化的影响;然后讨论了放电倍率、对流换热系数和环境温度对热辐射的影响;最后在高放电倍率、自然对流和低温环境下,对有无热辐射效应的温度场进行了比较。结果表明:圆柱型锂离子电池放电过程中最高温度出现在电池中心处,最低温度在电池表面;当放电倍率、环境温度和对流换热系数不变时,热辐射系数越大,电池散热越快,体系降温速率越快,达到热平衡时间越短;电池放电倍率越高,其生热速率越快,热辐射的散热效果越显著;当对流换热系数和放电倍率不变时,环境温度越低,其与电池温差越大,热辐射的散热效果越显著;当环境温度和放电倍率不变时,对流换热系数越小,热辐射的散热效果越显著;热辐射效应可有效降低电池内部温度。     

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。     

锂离子电池放电过程瞬态生热特性分析

为探索纯电动汽车用锂离子电池在放电过程中的瞬态热特性,通过试验测试得到不同温度下的内阻和不同放电倍率下的温升曲线,计算出不同放电倍率下的瞬时生热率;根据0.5C放电倍率下的瞬时生热率和内阻生热率,求出熵热(可逆反应热)系数变化曲线,分析锂离子电池熵热特性对瞬态生热特性的影响。分析结果表明:锂离子电池的瞬态热特性主要受电池内阻热和熵热(可逆反应热)的瞬态特性影响;熵热是影响电池放电过程中温度波动的主要因素,在放电中期会出现由相变反应引起的吸热现象;在小倍率放电过程中,熵热对电池温度场的影响大于内阻热,而在大倍率中则相反。通过分析,可以为电池瞬态生热模型的建立与完善提供依据。     

内阻不一致对动力电池组温度场的影响

研究电池组的温度场对于电池系统设计和热管理设计具有十分重要的意义.实验研究了18650磷酸铁锂电池单体的基本性能,测量了不同温度和放电倍率下电池表面温升情况.根据实验结果及已有的生热模型和传热模型,利用Fluent仿真软件研究电池单体在不同温度和放电倍率下的温度场.构建了电池组热分析模型,模拟分析了电池组存在单体差异(...     

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。     

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。     

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。     

纯电动汽车锂离子动力电池热特性研究

分析锂离子动力电池的发热机理,总结出电池发热与电动势温度系数、电池荷电状态(SOC)值、电池内阻、电流倍率等因素有关,通过实验在不同环境温度下对三元锂离子电池重要特性指标进行研究。得出结论:放电容量随环境温度的升高而增大,随放电倍率的增大而降低;直流内阻在低温时升高明显,放电内阻大于充电内阻;在低温下荷电状态-开路电压曲线低于高温下曲线;放电效率曲线得出电池正常工作的温度参考范围。对于电动汽车电池热管理系统的设计具有重要的意义。     

电动汽车用电池组的热性能

结合电池成组在电动汽车(EV)上的应用,研究锂离子电池特性与温度的关系、电池组的传热及散热方式。以LP2770134为单体电池,由6个11串5并模组、2个7串5并模组和2个8串5并模组构成100 Ah电池组,在不同放电倍率、不同环境温度下对电池组进行热仿真和实测。在同样的放电倍率下,环境温度升高,电池组温升加大;环境温度升高时单体电池的温度差异增大,部分单体电池温度超过了使用温度(环境温度为40℃时,单体最高温度达到51.5℃)。     

NEDC工况下温度对锂离子电池组性能的影响

研究环境温度(40℃、25℃、0℃和-15℃)对锂离子电池组(102 Ah、30. 8 k Wh)在新标欧洲循环(NEDC)工况下放电性能的影响。锂离子电池组的放电容量、能量随环境温度下降而降低,主要是受内阻的影响。影响内阻的主要因素有:环境温度、放电电流、放电深度(DOD)及电芯自加热效应等。高温(25～40℃)放电时,内阻的变化不显著,主要受DOD的影响;低温(0～15℃)放电时,内阻增大主要因DOD变大;电芯自加热效应可提升低温下锂离子电池组的性能。     

动力锂电池大倍率放电时内外部温度场的研究

利用数值模拟的方法建立了3.2 V/50 Ah LiFePO_4动力电池放电过程的电热耦合模型,研究其在自然环境中不同放电倍率条件下的内外部温度分布。并且为验证模拟结果的准确性,比较了模拟所得数据与实验所得数据的一致性。结果显示:模拟所得温度与实验测得温度最大的偏差小于1℃;放电过程中,电池内部中心区域的温度最高,正负极极柱上的温度最低,温度场不均匀性随着放电倍率的增大而增加。     

锂离子电池典型温度与倍率放电特性分析

以三元体系锂离子电池单体为研究对象,将温度和放电倍率作为考察因素,电池电压降和电池温升作为分析特性,通过控制变量法选取典型工况1 C放电倍率及25℃环境温度,在此基础上探究温度以及放电倍率与电池电压降和电池温升之间的关系,简要探讨了不同温度下和不同倍率下放电对锂离子电池特性的影响,论述了电池温度与放电倍率在不同区域影响的显著性,同时也指出锂电池高倍率放电的危险性。     

不同放电倍率下的锂电池欧姆内阻测试分析

以常用磷酸铁锂电池为研究对象,分析了电池欧姆内阻特性在不同放电倍率下的变化关系。通过混合脉冲功率特性(Hybrid Pulse Power Characteristic,HPPC)实验法,分析获得了电池欧姆内阻与放电倍率和荷电状态(State of Charge,SOC)之间的关系。研究结果表明,相同放电倍率下,电池欧姆内阻随着电池SOC的减小而增大;相同电池SOC状态下,电池欧姆内阻随着放电电流的增大而增大,从而明确了电池欧姆内阻受放电倍率和SOC共同影响。     

锂离子动力电池的三维热模型

研究了圆柱形、方形和软包三种不同结构设计以及放电倍率和换热系数对锂离子动力电池温度场分布的影响。结果表明,电池正极极柱和边缘温度最低的结构设计是软包,其次是圆柱形,温度最高的是方形;随着放电倍率的增大,电池各部分的温度均不断增大,放电倍率越大,温升速率越快,尤其是在大倍率放电情况下,温度几乎呈直线增加;增大对流换热系数,电池最高温度处(铝极耳)温度逐渐下降,中心处温度变化更为明显,但增大对流换热并不能无限制地降低电池温度。     

混合动力汽车电池组双介质冷却管理系统设计

随着混合动力电动汽车数量的不断增加,电池的循环寿命和使用安全性越来越受到重视。为降低大负荷工况下放热对电池性能的影响,需要改进电池组冷却系统。基于锂离子电池的生热原理模型,进行了风冷、液冷双介质方式下散热器的设计及仿真,计算和分析结果表明:冷却介质流速和电池组的放电倍率是影响混合动力汽车电池热性能的重要因素。根据工况调整冷却介质的比例,使电池组在最低能耗下,将最大温升和最大温差控制在合理范围内。     

高比功率锂离子电池设计与性能研究

兼具高比功率、高比能量的锂离子动力电池是锂离子电池发展的主要趋势,分析了电极材料、结构设计、电解液匹配等方面对电池功率性能的影响,重点研究了电池结构和电解液组成的影响,对功率型电池的内阻、倍率和温度特性进行了测试分析。结果表明:在5 C或更大倍率放电时,叠片式结构设计明显优于卷绕式极组内并的结构;软包装叠片电池通过合理设计可兼顾功率性能和比能量;优化电解液组分,可显著改善功率型电池大倍率放电的循环性能,并兼顾高低温放电能力。     

锂离子电池串联模块充放电过程研究

研究了锂离子电池串联模块在充放电循环过程中各单体电压、内阻、容量和温升的变化情况及相互关系。测试结果表明:模块中各单体电池的差异性随着放电倍率增大和循环周次的增加而变大。相对过充过放的单体电池表面温升高于相对浅充浅放的单体电池,并且循环过后的可用容量前者显著低于后者。内阻的差异性直接导致各单体电池生热量的不同,加之模块中不同位置电池的散热状况存在差别,电池模块长期处于非均匀的温度场中,致使各单体电池容量与电压的离散程度加剧。     

环境温度对锂离子电池放电性能的影响

动力型锂离子电池的特性与环境温度紧密相关。开展不同环境温度下电池的放电性能试验，研究不同环境温度对电池的容量和能量、放电平台以及对应续驶里程的影响规律。结果表明，动力型锂离子电池的放电容量和能量以及放电平台在低温环境下迅速降低；室温下放电容量和能量与工况速率（放电倍率）的大小成反比，而低温下二者成正比；对比不同工况温升曲线发现，较低温度环境下大电流促使温升速率加快，对低温放电容量产生了积极效应。     

锂离子电池放电过程能量损失分析

对锂离子电池循环寿命实验数据包括不同倍率下电池的电压、电流和温度等进行分析,计算了能量损失率和不可逆热量等随着电池循环次数的变化。分析结果显示:在0.5 C和1 C倍率循环条件下放电,电池的过电压在放电深度为0～10%阶段缓慢上升,10%～60%阶段缓慢下降,60%～100%阶段快速上升。在3 C倍率循环条件下放电,过电压在放电深度为0～10%阶段缓慢上升,10%～60%阶段快速下降,60%～100%阶段缓慢上升。在0.5 C、1 C和3 C倍率循环条件下,能量损失率在放电过程中随着充放电循环次数增加呈现先缓慢下降,然后持续上升的变化,并且在电池容量衰减到额定容量80%～60%的阶段,快速上升。在所有3个放电倍率循环条件下,不可逆热占能量损失比例随循环次数逐渐增加,可作为电池健康状态的一个评测指标。     

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。