电动汽车用锂离子电池单体温度场分析

文章通过实验测得了锂离子电池内阻在常温下随soc的变化情况.实验显示放电时soc在0.2到1之间时内阻变化不大,soc小于0.2时内阻急剧升高,且充电内阻明显大于放电内阻.之后进行了锂离子电池单体在常温下,0.8C和1C的充放电温升试验.获得了温升随时间变化的数据.并通过fluent对电池单体进行了与实验对应的仿真,仿...     

Thermal Model for Square Lithium-ion Battery Pack

首先通过最小二乘法对方形锂离子电池组中单体电池的比热容、流道材料的导热系数和自然冷却条件下的综合换热系数进行了估计;然后根据热边界层理论确定了强制冷却条件下电池冷却流道表面局部综合换热系数的计算式;最后根据电池组的结构特点和冷却方式,建立了电池组的一维瞬态传热模型.该模型能根据电池组当前的环境温度、运行负荷、冷却强度和初始荷电状态实时预测电池组中各单体电池的运行温度.在Arbin试验台架上测量了144V/8A·h方形锂离子电池组在不同运行工况下单体电池的温度分布,并与模型仿真结果进行了对比,结果表明模型仿真的最大误差不超过1℃,满足混合动力系统性能仿真和电池组管理策略优化的精度要求.     

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。     

锂离子动力电池温升特性的研究

介绍了锂离子动力电池的发热机理.基于锂离子动力电池内阻引起的温升特性,建立动力电池传热模型,通过模拟计算得出电池内部温度分布及电池温升随放电倍率变化的规律.最后对锰酸锂电池进行内阻实验,揭示了电池内阻随电池温度和SOC变化的规律.     

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。     

汇流排对电池模组温度与电流均衡性的影响分析和实验研究

对某电动汽车电池模组的发热特性进行了热电耦合数值计算,研究了放电倍率、电流进出方式、汇流排接触面积和电流进出位置等对电池模组温度场和电流密度的影响。结果表明:电流放电倍率对温升和汇流排与电池之间的热交换影响较大,高倍率电流充放工况下电池发热分析应该考虑汇流排电热效应的影响。采用电池充放电测试系统对电池模组在不同放电倍率电流工况下的温升情况进行实验研究,在28.5℃的环境温度下,测得最大温升与热电耦合数值计算结果基本一致,说明了数值模拟可很好预测汇流排的温升特性。     

一种基于Sepic-Zeta混合斩波电路的动力电池组双向高速均衡器研究

本文提出一种基于Sepic-Zeta混合斩波电路的动力电池组双向高速均衡器,该均衡器在电池组3种不同的工作状态下采用不同均衡拓扑电路和均衡控制策略。电池组充电状态下,均衡电路等效为Sepic斩波电路,选择电池组中能量最高的单体电池作为Sepic斩波电路的输入端进行均衡放电,均衡放电电流连续;电池组放电状态下,均衡电路等效为Zeta斩波电路,选择电池组中能量最低的单体电池作为Zeta斩波电路的输出端进行均衡充电,均衡充电电流连续;电池组静置状态下,选择电池组中能量差异性最大的单体电池进行均衡放电或均衡充电,其对应的等效电路为Sepic或Zeta斩波电路。该均衡器拓扑电路原理简单,均衡电路容易实现,均衡能量易控制,均衡电流连续、可控,因此均衡速度快、均衡效率高。最后,搭建锂离子电池实验平台进行电池组3种工作状态下的均衡实验,验证了该方案的可行性。     

不同充电倍率下锂离子电池组冷却系统结构设计

针对锂离子电池组在不同充电倍率下最高温度和单体温度均匀性的要求，在构建动力电池热模型的基础上，以抑制电池组内最高温度和最大温差为目标，仿真分析了液冷板布置位置、流道设计和冷板出入口位置等因素对电池组温度的影响规律。仿真结果表明，本文所设计的冷却系统，在电池组以2C倍率充电时，最高温度可控制在35.5℃，温差不超过5℃。     

电动车用动力电池热特性对比

动力电池导热系数因其结构复杂性影响具有各向异性。使用热流计法测量了动力电池厚度方向上不同区域的导热系数,并测量了绝热条件下锰酸锂电池(12 Ah)和磷酸铁锂电池(20 Ah)的发热情况,用Bernardi方程计算出电池发热量方程。利用测量出的导热系数及发热量数据对两种电池建立了模型,计算对比了相同环境条件下两种电池在相同放电电流和相同放电倍率情况下的发热情况。结果表明,电池中部与两侧导热系数相差40.5%,相同放电电流和时间条件下小容量电池温升更大,在10 A放电800 s时温差为2.52℃,而相同放电倍率情况下大容量电池温升在2C放电800 s时比小容量电池高13.17℃。     

增程式电动车动力电池组低温行车预热策略

为了提高动力电池组低温环境下的放电效率,针对增程式电动车低温行车条件,考虑电池组预热过程中单体温度的不一致及单体排布等因素的影响,进行增程式电动车动力电池组低温行车预热策略研究。采用Chrom_17011充放电测试机及高低温恒温箱对26650磷酸铁锂电池单体进行低温试验与AMESim模型仿真对比的方法验证预热模型的精度,分析发动机怠速为电池组进行预热时,水泵转速、串行通风鼓风量、串行通道单体数量及单体与单体之间的间隙对电池包内入、出口单体温差的影响。通过整车仿真,分析行车预热策略与传统CDCS策略在不同环境温度下对等价燃油消耗量的影响。研究结果表明：在单体排布间距固定和水泵转速为800 r·min^-1的条件下,电池包串行通风风量越大,串行通道入、出口单体温差越小,单体预热时间相对较长,且在串行通风风量不小于3 g·s^-1的条件下,能满足电池包串行通道最大温差小于5℃的要求;环境温度在-20℃时,行车预热策略比CDCS策略等价燃油消耗率降低16.25%,纯电动续驶里程增加9.95 km;其影响等价燃油消耗率的因素有制动能量回收量和内阻消耗量,内阻消耗量是影响等价燃油消耗率升高的主要因素。     

电动汽车锂离子电池的生热特性

对锂离子电池生热特性的研究是电动汽车动力电池热管理设计的基础。文章以电动汽车用11A·h电池单体为例,进行有限元建模分析,比较了它在不同环境温度下的生热特性。经过试验验证,测试结果与仿真分析相符合,该电池在环境温度为-20～40℃时以1C放电终止,温升为20℃左右。指出由于该电池推荐工作温度为30～55℃,因此使用时电池外部应配有加热系统;当电池放电倍率始终小于1C时,可不配置强制冷却系统。     

车载动力电池液体冷却非线性优化方法研究

电动汽车动力电池散热需求会受到外部环境温度、风速和负载电流变化等因素的影响,如果不及时散热,动力电池的温度会迅速攀升,进而影响电动汽车的驾驶性和安全性。基于此提出一种锂离子电池非线性冷却优化方法。首先,通过对锂离子电池生热、散热机理分析,建立考虑传热系数随冷却液流速变化的锂离子电池集中热模型,通过电池特性测试试验确定电池内阻和熵热系数等热物性参数,并与AMESim模型对比,验证模型的有效性。然后,基于电池冷却系统非线性和易受负载电流变化影响的特征,提出一种考虑电池冷却系统的稳态特性以及参考变量前馈功能和闭环反馈消除静态误差机制的非线性冷却优化方法,并对其稳定性和鲁棒性进行研究。仿真结果表明:在NEDC-HWFET-US06组合工况下,非线性冷却优化方法调节下的电池温度与目标温度的最大偏差较PID方法减小了0.8 K,并且冷却过程的能耗降低了6.3%,具有更好的调节效果。     

锂离子电池多因素动态生热率模型

为提高生热率模型的仿真精度,基于Bernardi生热率模型车用锂电池实际应用,提出建立多因素动态生热率模型.首先,综合考虑温度、荷电状态和充放电倍率对Bernardi生热率模型的参数动态影响;其次,利用实验数据建立融合多种影响因素的动态内阻和动态温熵系数的数学模型,将这两个数学模型代入Bernardi生热率模型构建多因...     

基于相变与液冷耦合的电池热管理系统研究

电池组在高环境温度下以高倍率放电时,电池组温度过高、温差大,极易引发安全问题。笔者针对这一问题设计了一种新的耦合式电池热管理系统。以采用纯石蜡冷却模型作为初始模型,首先探讨不同膨胀石墨质量分数的复合相变材料对于电池组热性能的影响,得出:在30℃的环境温度下,电池组以4C倍率放电时,采用EG质量分数为12%的复合相变材料对电池组进行冷却最优。在最优复合相变材料的基础上引入液冷系统,构建克里格近似模型,采用NSGA-Ⅱ遗传算法对耦合系统寻优,得出的预测结果精度较高误差最大仅为0.21%。利用算法寻优得出的最优解与初始模型相比,电池组最高温度下降5.29℃降幅为11.46%,最大温差下降0.12℃降幅为54.09%。结果表明:相变材料与液体冷却耦合热管理系统对电池组控温效果显著。     

蜂巢式液冷电池模块传热特性的试验研究

为4 A·h的21700型锂离子电池研发了蜂巢式液冷电池模块,并通过搭建的试验平台测定其充/放电过程的传热特性。结果表明:在25℃环境温度下,0.5C恒流恒压充电和1C恒流放电过程中,电池模块的最大温差均被控制在2℃以内;40℃环境温度下,1C恒流放电过程中,当冷却液流量大于1 L/min时电池模块的最大温差能保持在所要求的5℃以内。说明蜂巢式液冷电池模块冷却性能优良,可为未来电池热管理方案的设计提供技术支撑。     

电池管理系统里的电池健康评估和寿命预测

本文对锂离子电池的应用特性进行了总结,分析了电压、电流、温度三大参数对锂离子电池健康和寿命的影响,尤其是充电截止电压,化成电流和高温情况对电池容量的影响。以不同材料之间的比较试验为基础,重点分析了高充电截止电压,充电电流和高温对材料稳定结构的破坏,从而引发电池循环寿命降低的原理。最后基于电池使用中放电电流和环境温度应力为参数,进行了基于电压、电流、温度的锂离子电池循环寿命预计模型研究,得到锂离子电池循环寿命预计基础模型,为混合动力汽车锂电池3参数与寿命关联模型构建提供了重要的研究基础。     

车用蓄电池低温起动容量的研究

对蓄电池低温起动容量的主要影响因素(极板结构、放电电流、电解液温度和密度)进行分析,得出了车用蓄电池低温起动的最佳性能参数;在柴油机低温起动试验台架上进行了低温起动扭矩、起动电压、起动电流及起动转速性能试验。结果表明,车用柴油机低温起动时,最大起动电流为678 A,最低起动电压为9.3 V,最大起动扭矩为200 N.m,起动转速提高了约52%,起动时间减少了12.5%,匹配后的蓄电池完全满足车用柴油机低温起动的性能要求。