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ANSYS Fluent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...     

锂离子电池组风冷散热结构的优化

建立锂离子电池组风冷结构初始模型,采用计算流体力学(CFD)理论,用Fluent软件进行温度场和流场仿真。根据仿真结果,考虑进风角度、出风角度和电池间距等3种因素,基于正交试验进行多目标优化。以电池组最高温度和温差的最小化作为目标,经多次迭代计算,得出局部最优方案:进风区域左端高度为9 mm(进风角度2. 74°),出风口高度为28 mm(出风角度2°),电池间距公差值为0. 4 mm。与初始模型相比,优化模型的电池组最高温度降低9. 55%,温差下降25. 89%。     

基于Fluent的锂离子动力电池箱二维热模拟

根据单体锂离子电池的生热模型估算生热率,并使用CFD软件对35 Ah动力锰酸锂强迫风冷电池箱建立二维有限元模型求解,得出温度分布结果与流场分布结果。对该电池箱内的温度进行了实验测量,对比分析了模拟和实验的结果,结果表明二维模拟结果与实验结果较为吻合,可用来初步研究电池箱内的温度分布。通过分析现有箱体内部温度分布情况,提出了电池箱散热设计的优化措施。     

某电动车用软包单体锂离子电池特性实验及仿真

本文详细介绍了锂离子电池的结构以及工作原理,并借助相关实验设备,以某电芯厂生产的50Ah软包锂离子电池为研究对象,在高低温环境下研究了该该锂离子单体电池不同充放电倍率下内阻特性和温升特性;并基于这些特性建立了锂离子单体电池的生热模型和仿真模型,然后利用STAR-CCM+软件进行了仿真对比,研究发现仿真与实验结果误差在5%以内,验证了电池的生热模型和仿真模拟时各物性参数设置的合理性。     

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。     

车载动力电池组温升特性仿真及实验研究

利用ANSYS有限元软件对车载LiFePO4锂离子电池组进行温升特性仿真分析,同时,通过高低温实验箱和放电电流控制器模拟电池组的工作环境,对锂离子电池组进行了放电实验,对电池组温升特性进行了分析,以验证ANSYS模拟仿真的正确性与真实性,据此获得锂离子电池热稳定性及安全性随放电电流、温度变化的规律,以及在电池组串联过程中随体积/表面积之比变化的规律,以得到其更真实的热特性。     

锂电池电-热耦合模型热管理系统仿真分析

锂离子电池的工作温度维持在适宜范围内,是保障电池安全、高效和长寿命使用的必要条件。构建符合其特性规律的锂离子电池电-热耦合等效电路模型,并对其进行离散化,通过仿真结果与实验数据对比验证了模型的精确性与可靠性。然后基于电-热耦合模型优化并行风道式散热系统的进口风速、楔形风道角、电池单体间距、表面偏移角四个参数,将并行风冷系统中四个参数数值利用正交优化法来设计实验组合,分析出各实验因素权重关系,通过较优组合结果对比得到并行风冷结构的最优参数组合,最优参数组合下的并行风冷系统使得电池组在25℃下工作的最高温度为30.72℃,温升为5.72℃,温差为4.54℃,满足电池组对工作温度的要求。     

风冷式车用锂离子动力电池包热管理研究

利用CFD软件对串行风冷式18650圆柱锂离子动力电池包的散热效果进行研究,探究了电池排布方式、电池间距及进风口风速对电池包温度场分布的影响,并设计实验对仿真模型进行了验证。仿真结果表明:当电池以2 C放电时,采用顺排排布的方式布置电池最有利于电池组的散热;减小电池间距可以抑制电池组的最高温度,当电池间距为4mm时电池组的温度均匀性达到最优;提高进风口风速能显著提升电池包的散热效果,当风速达到4 m/s时,电池组的最高温度为307.2 K,满足设计要求。     

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。     

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...     

锂离子动力电池的散热及优化

基于锂离子电池对温度的敏感性,采用往复流对电池散热温度场进行仿真分析和优化,探究温度及温差对电池使用性能和安全性能的影响。根据电池组在不同环境温度下的仿真结果,制定散热控制方案并进行实验验证,其结果表明:优化后电池的温度均匀性明显提高,电池温度和温差可控制在电池使用的理想区间。     

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。     

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。     

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。     

基于VFFRLS参数辨识的蓄电池三维电热耦合模型

随着锂离子电池在现代生产中广泛应用,为了精确分析锂电池放电过程中三维温度场分布与电压特性,基于二阶RC等效电路模型,利用可变遗忘因子递推最小二乘法(VFFRLS)对锂离子蓄电池参数进行在线辨识和实时修正,结果表明仿真电压数据与实测电压数据最大误差为0.086 2 V,最大相对误差为2.53%,具有较高辨识精度。并将参数辨识结果传递到COMSOL中进行三维电热耦合模型仿真实验,实验表明不同放电倍率下圆柱形锂离子电池内部中心温度高于外部温度,外表面及上下底面温度略低,正负极柱温度最低。     

电动汽车用磷酸铁锂离子电池的PNGV模型分析

以国产新型150Ah磷酸铁锂离子电池为研究对象,分别对其在0℃和30℃的PNGV模型参数进行了辨识。将其内阻参数与电池直流内阻进行对比分析,考核了磷酸铁锂离子电池的PNGV模型在FUDS工况循环下的仿真精度。研究表明:由于温度对磷酸铁锂离子电池特性的影响较为显著,PNGV等效电路模型的仿真精度会随着初始温度的变化有所波动,所以为了保证仿真效果,必须在更多的温度点上进行参数辨识并进行优化;PNGV等效电路模型适用于城市工况下的仿真。     

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。     

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。