车用锂离子电池热管理研究进展

为寻找合适的电池热管理系统对电池进行温度控制,降低车用锂离子电池热失控风险,基于文献挖掘,在明确了锂离子电池热管理研究出发点的基础上,对目前锂离子电池热管理技术进行综述。阐述了车用电池空冷、液冷、热管冷却、相变冷却和复合冷却方式研究现状和进展,总结了不同冷却方式的优缺点,进而提出动力锂离子电池热管理技术未来的发展方向。空气冷却和液体冷却技术虽使用较多,但控温效果较差;热管冷却和相变冷却技术虽控温效果较好,但结构复杂,成本较高。复合冷却技术将主动冷却与被动冷却结合,有效降低峰值温度的同时也提高了电池包温度的一致性,可满足不同工况的需求,应用前景较好。     

车用电池热管理系统试验台架研制与试验研究

为了满足电动汽车电池包和电池热管理系统开发和试验需求,设计和搭建了基于CAN总线通讯交互的电池热管理系统试验台架。通过高温US06工况和低温NEDC工况电池热管理试验研究表明,该试验台架功能运行正常,电池包设计符合热管理要求。并初步验证了电池热管理基本控制策略的正确性,为后续整车级电池热管理标定试验和策略优化提供依据。     

锂离子电芯传热行为与热管理设计

锂离子电池热管理设计大多从电池封装层面考虑热管理与电池系统的结合,容易忽略对电芯本身传热行为和电芯级热管理设计的细节研究。为此,研究方形锂离子电芯传热行为和影响电芯传热的关键参数,建立方形锂离子电芯传热数学模型,通过不同传热位置、传热面的对比计算进行测试验证,确定方形锂离子电芯最佳的热管理设计传热位置。研究结果可为锂离子电池热管理系统优化设计提供参考。     

锂离子电池单体热模型研究动态

本文中阐述了锂离子单体电池热模型的基本理论,介绍了国内外目前关于锂离子电池热模型的研究动态;将模型分为均一化参数模型和分布化参数模型,并对其基本理论和方法进行了分析和归纳;指出了现有锂离子电池热模型的不足和未来的发展趋势;最后讨论了不同类型模型对锂离子电池单体设计和热管理等方面的指导意义.     

强制风冷锂离子电池热管理系统研究综述

为解决车用锂离子动力电池在高强度工作过程中电池温度过高以及电池组温均性差等问题,需要对电池组设计合理的电池热管理系统(BTMS),以此提升电池组的冷却性能.首先阐述了热管理系统的常见冷却方式,分析了各种冷却方式之间的优缺点.随后针对应用最为广泛且最易实现的空气冷却方式,从冷却空气流型、电池排布方式、电池间距、冷却空气流...     

锂离子电池冷板式散热技术研究综述

锂离子电池在充放电过程中会产生大量热量,若温度过高,可能会导致电池失效或发生安全问题。锂离子电池冷板式散热作为电池冷却系统重要技术之一,对保障电池安全至关重要。首先系统地分析了冷板式液冷设计的相关方法,并对不同方法优缺点进行了对比。当前,锂离子电池热管系统主流冷却方式仍是液体冷却,其具有更高的散热效率,随着电池能量密度的提高,未来电动汽车热管理系统的发展趋势可能朝向混合冷却、系统化设计和智能化管理的方向发展。     

动力电池低温热管理系统评价技术研究

电动汽车的普及对动力电池相关的技术提出了更高的要求,使电池保持在合适温度区间工作的动力电池热管理 系统已经成为各大厂商的核心技术需求。由于锂离子电池在冬季低温环境下性能下降、寿命衰减尤为明显,低温热管理 技术更是近年来动力电池研究的重点。从锂离子电池在低温环境中的性能劣化机理出发,对低温热管理系统的发展现状 进行了综述,并结合最新研究进展,归纳了一套电动汽车低温热管理评价方法。     

热管耦合风冷在锂离子电池热管理系统的应用

功率型锂离子电池具有功率密度高、充放电稳定性好、循环寿命长等特点，已广泛应用于电动汽车。随着功率输出的增加，发热的增加会显著影响电池性能，因此，电动汽车中锂离子电池的热管理非常重要。而基于热管的电池热管理系统具有结构紧凑、灵活、成本低、导热系数高等优点，本文讨论热管耦合风冷在锂离子电池热管理系统中的应用，来增强锂离子电池的热性能。     

锂离子电池热失控仿真研究

本文以60Ah的NCM811软包锂离子电池为研究对象,采用数值模拟的方法研究了加热条件下锂离子电池的热失控行为.基于锂离子电池热失控的副反应机理以及热传导理论,建立单体电池绝热热失控模型,模型误差小于2％.设计相关试验测试单体电池热失控过程中的产气特性,以单体电池绝热热失控模型为基础,建立外部加热条件下的热失控模型,模...     

新型冷却结构在电池热管理中的分析与优化

针对传统液冷电池包内电池组散热不充分及表面温度一致性较差的问题,本文设计了一种基于风冷和液冷耦合 冷却策略的新型电池包结构,利用Catia软件建立三维模型并运用Fluent软件进行仿真,研究结果表明,相较于单一液冷 结构在2 C和2.5 C放电倍率下存在电池组过热问题,风冷液冷耦合的冷却结构在不同放电倍率下将最高温度和最大温差 分别控制在45 ℃和5 ℃以内。探究了不同流体进口速度对电池组散热的影响,并选取风速5 m/s,冷却液流速0.5 m/s的 最佳配合,在此基础上对流道进行针对性的优化,优化后电池组在同一工况下最高温度从27.95 ℃下降至26.82 ℃。这种 新型结构将为后续的电池的热管理设计提供新思路。     

热辐射触发锂离子电池热失效行为及其射流热特性

实验研究了辐射加热器非接触式触发动力锂离子电池热失效过程中的温度特性、质量损失、产热行为变化等特性及其空间射流温度与热流分布特性。以50 Ah的Li(Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2) O₂电池为对象,基于锂离子电池燃烧实验平台进行。结果表明：电池热失控实验过程中发生了2次喷发现象,电池表面最高温度为489.2℃;最高温升速率为27.7 K·s^-1;最大质量损失速率为32.7 g·s^-1;电池本体总产热量为1.05 MJ;环境最高温度为705.3℃;烟气总释放热为6.56 MJ·m^-2;射流空间环境最高温度比电池表面最高温度高。这表明,高温高速的易燃气体会加剧热失控危害的风险。本结果有助于电池失效初期预警、热失控抑制、火灾风险控制。     

动力电池系统热管理仿真分析及设计优化

为提高锂离子动力电池的工作温度区间,保障电池的动力输出,需要在电池系统端进行有效的热管理设计。文章主要通过CFD热仿真技术分析了在不同实验工况下电池单体内部生成热、模组在加热及散热时的温度场分布,并通过对比分析不同散热结构的仿真结果,来优化电池内部散热结构的设计。整车的冷却实验验证结果也表明该设计可以有效地保障电池工作合理的温度范围内。     

基于老化仿真的电动汽车新型双源电池系统全生命周期成本研究

为了降低换电技术的实施难度和成本,提出一种采用"部分换电"思路的电动汽车新型双源电池系统。通过合适的控制策略,在保证动力平稳输出的情况下,调整电机功率以匹配主、副电池包的端电压,实现供电电池包的灵活切换。为探究双源电池系统的老化规律以及验证其在全生命周期成本上的优势,匹配"大主电池包+小副电池包"和"小主电池包+大副电池包"2种双源电池系统方案,设计具有代表性的城市、城郊和高速等行驶场景以及工作日、休息日的出行和充电方案;采用AutoLion-ST软件建立双源电池包和相同总容量的单个大电池包的电化学老化机理模型,嵌入到AVL/Cruise搭建整车仿真平台中进行联合仿真。研究结果表明:虽然所提出的双源电池系统相比单个大电池包在相同工况中的放电倍率和深度更大,导致老化速率略有加快,但由于双源电池系统中主、副电池包的利用率更高,其全寿命里程之和相比单个大电池包方案反而有17%以上的提升;结合电池梯次利用模型和近年来电池价格的统计结果对全生命周期成本进行计算,认为双源电池系统方案在保证换电运营商获得一定盈利空间的情况下,可以降低全生命周期总拥有成本。     

基于电化学热耦合模型的电动汽车电池模组热特性研究

为研究电池组的排列与布置方式对电池热特性的影响,本文中以18650锂离子电池为研究对象,建立了单体电池的电化学热力学耦合模型。利用模型仿真和实验测量获得了不同放电倍率时的电池表面温度随放电容量的变化关系,实验数据与仿真数据基本吻合,模型准确。基于单体耦合模型,分析了6×5动力电池模组的不同排列与布置方式下的热特性。结果表明:间距太小或太大均会使平均温度增加,本案例电池间距24 mm时平均温度最低;间距越大,温差越小,温度分布均匀性越好;间距一定,交叉排列散热效果优于对齐排列,且空间利用率更高。电池的排列和间距对电池散热有重要影响,锂离子动力电池组设计过程中应充分考虑。     

动力电池热安全虚拟开发

围绕常规预防和应急管控两个维度,建立动力电池热安全虚拟评估方法。常规预防从电热水冷入手,通过CFD流场分析,优化电池包冷却系统性能,通过流固气多物理场耦合分析,对电池包进行温度场分析。针对电池包的使用工况,研究电池包内温度积聚和热量传递,优化电池包热管理控制策略,提升电池整包性能。应急管控基于能量流理念,关注热失控后电池包内的热量传递路径,实现电池热扩散虚拟分析,评估热扩散安全策略的有效性,优化热失控阻隔方案;评估热失控后系统的功能安全,提升电池包热扩散安全性。     

车载锂离子电池热事故原因分析及设计对策

针对车载锂离子动力电池组的特点和使用工况,对单体电池的热失控机理及车载锂离子动力电池组发生燃烧或爆炸等热事故的外在原因包进行分析与研究;最后,站到整车设计企业的视角,从电池箱的结构设计、电池组的热设计、BMS优化设计、整车匹配性设计及加强元器件及原材料的选型等方面提出避免电池组燃烧或爆炸的设计对策。     

电动汽车用锂离子电池生热速率模型

首先在考虑锂离子电池极片中反应电流密度、活性物质浓度等参数空间差异的前提下,建立了电池热生成速率的数学模型。然后基于模型对锂离子电池在不同充放电电流和荷电状态(SOC)下的生热速率进行了仿真。结果表明:可逆热与非可逆热的生成速率均随充放电电流的增大而增大;SOC的变化主要影响可逆热的生成速率,对非可逆热的生成速率则无显著影响;锂离子电池在相同SOC和电流下进行充放电时,非可逆热的生成速率基本相等且均表现为放热,可逆热的生成速率也基本相同但分别表现为吸热和放热。最后在Arbin台架上测量了锂离子电池以不同电流进行恒流充电、恒流放电和循环交替充放电时电池温度的瞬变过程,并与相应工况下电池温度的仿真结果进行了对比。结果表明:所建立的生热速率模型能合理模拟锂离子电池温度的动态变化;锂离子电池持续进行充放电时可逆热对电池的温度变化有较大影响,尤其在电池充放电电流较小时更为明显,但锂离子电池在某一SOC附近交替充放电时可逆热对电池的温度变化则无明显影响。     

一种车用锂离子电池包的充放电热特性研究

文章针对一款车用三元锂离子电池包在0.3C倍率下的充放电热特性进行了研究,对电池包的产热和散热机理进行了理论分析,对Bernardi单体电池产热模型中的温熵系数进行了参数选择,分析了该电池包在自然散热情况下的温度分布并对相关参数进行了标定,建立了电池包在0.3C倍率下的温升模型,并通过充放电实验进行验证。实验结果表明,在0.3C倍率下,电池包温升的模型估算值与实际值的最大误差在0.5℃以内,且变化趋势相符合,能够满足工程应用需求。     

基于无迹Kalman滤波算法的电池内部温度估计

为实时监测车用锂离子动力电池内部温度,提高电池性能,提出了一种非线性无迹Kalman滤波(UKF)估计算法.对某一2.6 Ah三元单体锂离子电池,建立等效可变参数热模型;用状态方程分析法,建立电池内部外部温度的关联并离散化;用递推最小二乘法(RLS)辨识热模型中时间、表面温度、环境温度、输入电流4种热参数,实时更新系统...     

电动汽车电池包热管理系统设计方法

电池包的热管理是电动汽车和混合动力电动汽车在所有气候条件下有效运行必不可少的。文章介绍了电池组热管理系统的功能,电池组热管理系统设计的一般流程和采用的方法,分析了温度对电池组性能和寿命的影响。指出按照合理有序的步骤和方法设计,能更加有效地设计出合理的热管理系统,提高电池包的性能和寿命周期,并缩短设计周期,避免不必要的重复工作。