电动汽车用锂离子电池热特性和热模型研究

动力电池组的性能和使用寿命很大程度上决定了电动汽车的性能和成本,而电池组的性能和使用寿命又受到电池生热的影响。本文以35A·h@3.7V方形锰酸锂电池为研究对象,对常温下电池的充放电生热特性和低温放电的生热特性进行实验研究,并基于Bernardi生热率建立了动力电池生热模型。研究结果表明,随着放电电流增大,电池温度快速提高,并且低温环境下可以利用电池放电生热改善电池性能;基于Bernardi生热率的动力电池生热模型能够较好模拟电池放电生热,这为后续动力电池组热管理系统研究提供了参考。     

电传动车辆用锂离子电池组低温加热方法研究

为提高电动车辆用锂离子动力电池的低温充放电性能,以35 Ah锰酸锂电池为研究对象,研究了低温下电池充放电特性,并采用宽线金属膜加热方法对-40℃下的电池组进行加热和充放电实验。实验结果表明:低温下电池的充放电性能大幅衰减,采用宽线金属膜加热方式能够显著提升电池的低温充放电性能;加热后,电池组可进行大电流充放电,可以满足电动车辆的行驶要求。     

电池热管理及电池安全技术

传统方法在保护电池短路与过充过程中存在时延过长的问题,为了合理管理电池热量,提高电池性能,延长电池使用寿命,提出基于热分析模型的电池热量管理与安全保护方法。采用平均密度法和理论法分别计算电池密度和电池比热容等电池热特性参数,根据计算结果运用Bernardi生热率模型获取电池生热速率。在此基础上构建电池热分析模型,利用该模型分析差异边界环境中电池在不同生热速率下的生热效果,最后对电池组保护电路进行设计,具体包括充、放电驱动电路、过充保护和短路保护,实现对电池热量的有效管理与安全保护。结果表明该方法可以模拟电池放电升温过程,且与实际情况较为吻合,可以实现电路短路保护和过充保护等功能。     

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。     

铅酸电池的低温充电改进

在25℃和-5℃下,采用极限电流对铅酸电池充放电特性进行研究,基于电池表面温度,对生热情况进行分析。结果显示:在低温下,极限充电电流在一定程度上提升了电池的放电容量,同时,短时间的放电脉冲可缓解电池的极化效应。     

以Li_4Ti_5O_(12)作负极的聚合物锂离子电池的性能

应用纳米级钛酸锂粉末作为负极活性材料制作聚合物锂离子电池,并对电池进行测试.分析和评价了其电压特性、倍率充电特性、倍率放电特性、低温放电特性、循环寿命以及安全性能,同时与石墨负极的聚合物锂离子电池进行了比较.研究表明,钛酸锂负极的聚合物锂离子电池在安全性能、倍率充放电性能、低温特性等方面超过石墨负极的聚合物锂离子电池,能够适合于在混合动力汽车和电动汽车上的应用.但电池的能量密度需要进一步提高,同时制作的成本需要进一步降低.     

转移式电池均衡技术对电池电压与荷电量影响的研究

电池组中各单只电池的电压和荷电量在反复充放电过程中时刻发生变化,逐渐呈不均衡状态,并且随充放电次数的增加而加重,"落后"电池愈加落后,直至过充电或过放电损坏,严重影响整个电池组的正常蓄电和放电。转移式电池均衡技术通过脉冲技术和均衡机理主动均衡各单只电池的电压和荷电量,使每只电池的电压和荷电量始终处于最佳均衡状态,有效延长电池组的使用寿命。     

PHEV电池组的实时均衡控制与设计

针对并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV)动力电池组单体电池存在不一致性的问题,通过对其现有的动力电池组充放电方法进行分析,以提高电池组均衡充放电效率,减少整体能耗为依据,提出了一种并联式混合动力汽车动力电池组实时均衡控制策略。利用常用的动力电池组进行了实时仿真,结果表明,与传统PHEV动力电池组实时充放电以及整体耗能方面相比,所提出的均衡控制策略有效地降低了能耗,延长了动力电池组的使用寿命,提高了PHEV动力电池组均衡充放电的效率。     

锂离子电池组合前后的特性研究

为更好地使用锂离子电池组,更精确地估算电池的荷电状态(SOC),对锂离子电池组合前后进行了常温4.0 A充放电、常温7.5 A放电、-20℃下4.0A放电以及55℃下4.0A放电等实验测试.实验结果显示:锂离子电池成组后的充放电特性有所下降,电池组总容量下降为单体电池的90%左右,SOC偏低,工作电压的下降速率在放电末期急剧上升,可达平台区的50倍.对电池组的一致性进行了分析,得出锂离子电池成组时应充分考虑单体电池的一致性;在估算SOC时,采用电池组参数和单体电池参数相结合的方式.     

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(...     

热电池热模型的研究

从热电池的基本工作原理出发,研究了热电池放电过程中热量的产生、传递、散失变化特征.并通过计算机软件,将电池模型进行网格划分,依据热量平衡原理,建立电池的热传导方程,利用"有限元法"动态模拟电池放电热过程特征与规律.并通过对电池表面以及内部温度测量进行比较分析,证明了该热模型能够正确地模拟电池放电过程的温度变化.     

电动汽车电池包温度控制系统研究

以电动汽车的动力电池包温度控制系统为研究对象,通过使用辅助装置对电池包温度进行调节,以增强其对外界环境温度的适应能力,达到提升续航里程、延长电池单元使用寿命的目的。提出的温度控制装置以防冻液作为热交换载体,在设计中引入了Chiller热交换器,并匹配电池换热板,实现对电池包的温度调节功能。电池包液体温度调节装置的工作原理,以及Chiller热交换器及换热板的结构特点是研究的重点。应用上述理论开发出一整套电池包温度调节系统,并搭载在实车上,在环境模拟实验室内进行性能测试,对上述理论及产品的实际使用效果进行论证。     

基于相变材料的方形动力电池散热模拟研究

首先对电池的产热方式进行了分析,然后根据相变问题求解焓法模型以及相关热传导理论,建立了基于相变材料的方形单体电池散热三维热模型。在此模型基础上结合方形电池表面的外形结构,分析了不同相变材料结合方式,不同相变材料用量以及不同表面换热系数对电池工作温度的影响。研究表明:在电池四周包裹相变材料比只在两侧结合的方式具有更好的降温能力,但是两侧结合具有更小的温差;相变材料厚度3 mm或对流换热系数达到21 W/(m~2·K)时,可以使电池的工作温度始终低于50℃,但是继续增大数值取得的效果不明显。     

电动汽车用锂离子电池组的爆炸原因与避免措施

分析锂离子电池反应热产生的原因,认为负极与溶剂的反应和正极分解反应产生的热量较多,易导致热失控。锂离子电池爆炸的根本原因是电池内部温度达到反应物着火点而发生燃烧,或温度急速上升而导致反应剧烈,大量产生的气体使电池内部压力急剧上升。从实际应用出发,提出避免锂离子电池组爆炸的措施:以避免电池受到挤压、穿刺为目的的电池箱耐撞性设计,实现电池温度控制的电池组热管理系统,以及避免过充过放的锂离子电池组充放电均衡系统。     

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。     

半导体制冷-相变材料保温的电池组热管理

为提高户外基站备用电池组的工作性能、延长使用寿命,需要进行冷却和保温。将半导体制冷(TEC)与相变材料(PCM)保温相结合,对基站用48 V铅酸电池组进行热管理。模拟分析TEC的布置、制冷功率和环境温度对冷却保温效果的影响。TEC设置在电池组前后两侧、制冷功率为170 W时,可降低电池的温度、提高冷却阶段电池组温度场的一致性、延长保温时间。电池组经过连续的冷却保温过程,仍处于最佳工作温度范围,电池充放电时的最高温度可得到抑制。     

混合电动汽车用氢镍电池热控制技术研究

混合电动汽车用MH-Ni电池组是由上百只单体电池进行组合而成的,电池组在频繁的大电流使用过程中,会不断地产生热量;分析了MH-Ni电池在充、放过程中产生热量的3个主要途径,并从提高电池的高温充放电效率、减小欧姆电阻的影响、降低电池的产热速率和产热量,以及如何对电池强制散热、减少电池的热量累积等方面介绍了MH-Ni电池热控制技术的研究现状。     

Thermal behavior of small lithium‐ion secondary battery during rapid charge and discharge cycles

The secondary batteries for an electric vehicle (EV) generate much heat during rapid charge and discharge cycles above the rated condition, when the EV starts quickly consuming the battery power and stops suddenly recovering the inertia energy. During rapid charge and discharge cycles, the cell temperature rises significantly and may exceed the allowable temperature. We calculated the temperature rise of a small lithium‐ion secondary battery during rapid charge and discharge cycles using our battery thermal behavior model, and confirmed its validity during discharge cycle at current smaller than the discharge rate of 1C. The heat source factors were measured by the methods described in our previous study, because the present batteries have been improved in their performance and have low overpotential resistance. The battery heat capacity was measured by a twin‐type heat conduction calorimeter, and determined to be a linear function of temperature. Further, the heat transfer coefficient was measured again precisely by the method described in our previous study, and was arranged as a function of cell and ambient temperatures. The calculated temperature by our battery thermal behavior model using these measured data agrees well with the cell temperature measured by thermocouple. Therefore, we can confirm the validity of this model again during rapid charge and discharge cycles. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(3): 17–25, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20249 Copyright © 2006 Wiley Periodicals, Inc.     

锌空气电池的能量分析

锌空气电池在工作时产生的热量会使电池温度升高,如果不及时散热的话,会使电解液水分蒸发加快而导致电池工作性能下降,所以研究电池产热量意义重大。本文使用一种实验测量与对流散热公式相结合的方法求得锌空气电池的产热量,并粗浅分析热量的主要来源。结果表明,室温下大电流恒流放电,产热量与输出电能之比为7：10。