锂离子电池三维电化学-热耦合模型及生热分析

锂离子电池在放电过程中的温度变化会影响电池的工作性能,严重时还会引起安全事故。建立了3.4 V/50 Ah磷酸铁锂电池的三维电化学-热耦合模型,能获得比单一模型更精确全面的电池温度场分布及其动态变化的情况。模拟了电池0.5 C、1 C和2 C恒流放电工况下温升变化以及三维温度场分布。随着放电倍率的增大,锂离子电池内部呈不均匀化,电池最高温度变大,温度场的不均匀性越大,温升速率越高,温差越大;电池越靠近中心的部分温度越高,最高温度出现在电池几何中心位置,极柱温度最低,正极柱温度略高于负极柱。     

基于分层电化学热耦合模型的锂电池放电过程研究

软包锂离子电池由许多电池单元叠压形成,其中电池单元的电和热行为对电池的整体安全性有很大的影响。为了研究电池单元与单体之间的关系,采用多孔电极理论建立了大容量软包锂电池的分层多维模型,并考虑了瞬态温度变化与电化学反应间的相互作用关系。利用该分层模型研究不同温度下电池放电过程中的电化学和热特性,得到更为真实的电池温度场分布。此外,本文介绍了表征电池单体内不同电池单元荷电状态分布的均匀指数。仿真表明,电池单体内的温度梯度差异加剧了不同电池单元间的过电位不一致和电流密度不一致程度,有利于进一步研究单体电池的衰退演化轨迹。     

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.     

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。     

圆柱形锂离子电池的三维热模拟

建立了一个典型10Ah动力用圆柱形锂离子电池在1 C放电条件下的三维热模型,并采用相关软件得到了数值解,进而用图示的方法给出了该电池在上述工作状态下的温度分布图。     

高功率锂离子电池热特性研究

动力型锂离子电池安全性与其热特性具有十分密切的关系。对38120型高功率圆柱电池的引流结构进行了优化,优化后的电池结构大大改善了电池的大电流放电能力。而后以加速量热仪测定了电池在不同放电倍率下的温升、热功率、比热容等参数,对电池的放热特性进行了研究。     

基于热-电耦合模型的锂离子电池热特性分析

锂离子电池的热效应不仅影响电池的性能和使用寿命,同时也是电池安全使用的一个隐患。针对18650型锂离子电池的热效应,建立一维电化学与二维传热耦合模型,并对模型进行数值计算及试验验证,重点分析了热电耦合模型对18650型锂离子电池温升效应的预测及工作温度对锂离子电池放电容量的影响。结果表明:热电耦合模型可以较准确地预测锂离子电池运行过程中的温度场变化,工作环境温度对单体电压无影响,但对锂离子电池充放电影响较大,环境温度升高,锂离子电池材料活性增大,放电容量增大。     

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。     

锂离子电池特性研究

为了提高锂离子电池组的安全性和使用寿命,需要对电池组进行有效的控制和管理。电池荷电状态（SOC）是电池管理系统中最重要的参数之一,是系统中其他功能的基础。因此,电池SOC实时、准确的估计有着重要的现实意义。实现电池SOC实时、准确的估计的基础是建立精确的电池模型。针对锂离子电池的几个主要特性进行了相关的研究和实验验证,为电池模型的建立提供了依据。     

电动车辆用锂离子电池热特性研究

电动车辆的性能和成本很大程度上取决于动力电池组的性能和使用寿命,而电池组的性能和使用寿命又受到电池生热的影响。为了研究电池在充放电过程中的生热特性,以35 A·h,3.7 V方形锰酸锂电池为研究对象,对常温下充放电生热特性和低温放电的生热特性进行研究。研究结果表明:随着放电电流增大,电池温度快速提高,且低温环境下利用电池放电生热可改善电池性能,这些将为后续动力电池组热管理系统研究提供参考。     

锂电池等效模型建立与参数辨识方法研究

近年来锂离子电池的发展迅速,基于电池的储能系统在国内外得到广泛应用,国内也在研发基于锂离子电池的混合储能系统。为了确保储能系统在复杂工况下的高效、安全和可靠运行,建立高保真的电池模型和进行准确的参数辨识至关重要。本文对锂电池的工作原理和特性进行简述,综述了锂离子电池的模型和等效电路模型的参数辨识方法,对各种方法的原理进行介绍。综合考虑准确度和复杂度选择二阶RC等效电路模型作为其等效电路模型,采用混合脉冲功率性能测试(HPPC)和最小二乘法进行参数辨识,通过充放电实验,验证模型精度,结果表明,模型与实际虽存在一定误差,能较为准确反映电池的静动态特性。     

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。     

锂离子电池数值模型与经验模型研究

摘要：设计锂离子电池及优化其参数,确定荷电状态工作区间,以提高其使用寿命。需要精确的电池模型作为理论和实证研究的基础,电池模型分为数值和经验两大类别,分别从电池内部电化学反应和电池充、放电测试数据来建立起锂离子电池模型。分析对比两类模型精确度与适用性,通过两者与实验测试数据的仿真对比,发现以电化学出发的模型精度高于经验模型。     

电动汽车锂电池快速充电特性的研究

锂电池由于其优越的循环充放电性能、能量密度大、可快速充放电等优点被广泛应用于电动汽车领域。针对目前电动汽车中使用的恒流充电和脉冲充电方法,设计了一个双向的DC/DC变换器对单体锂电池在两种充电方法中的充电效率和充入电量进行了研究。实验结果表明,相比于恒流充电,脉冲充电由于其去极化作用可使电池充入更多的电量。分析了不同的负脉冲占空比对充入电量的影响,得到了选择脉冲时间的考虑因素。     

锂离子电池健康状态估计方法研究综述

电池管理系统是锂离子电池高效、安全运行的重要保障。电池的状态估计在电池管理系统中发挥着重要的作用。健康状态是锂离子电池状态估计的重要指标之一。通过对近几年国内外锂离子健康状态估计方法相关文献的整理,综述了锂离子电池健康状态的定义和估计方法,并对现有的估计方法进行了分类和阐述。最后针对现有估计方法的不足,提出未来需要改进的方向。     

基于等效热模型的锂电池容量衰减特性研究

在动力锂电池的循环使用过程中,温度对其容量衰减有直接影响,而电池结构的密封性导致其内部真实温度无法直接测量。针对此问题,通过测量电池表面及环境温度并运用等效热模型估计其内部的真实温度,构建电池容量衰减与内部温度的ETM-Arrhenius模型,预测锂电池在循环使用中的容量衰减特性。对锂电池进行不同温度下的循环寿命试验,结果表明,该模型能在长期循环中准确预测锂电池容量的衰减程度。