车用磷酸亚铁锂电池的热特性与热物性研究

本文中通过实验和仿真,研究了车用动力磷酸亚铁锂电池的热特性与热物性。首先通过实验测试了电池的内阻和熵权系数,并采用Bernardi方程计算了电池的时变热源。接着采用量热桶和瞬态热线导热仪测试了电池的比热容和热导率等热物性参数。最后,考虑了自然对流和热辐射边界条件,采用CFD软件对电池单体和模组的温升特性进行仿真。结果表明,高温环境下的电池温升幅度较低温下的小,自然对流条件下电池模组的均温性较差,需要良好的热管理策略。     

圆柱型锂离子电池组热均衡性研究

首先建立水冷系统布置方案和三维模型,然后对水冷模式下圆柱形锂离子电池18650不同排列方式的冷却效果和热均衡性进行对比分析,最后对电池模组放电过程中不同点的温度进行测试。定义热比来定量描述电池模组热均衡性。仿真分析与试验验证的结果表明,电池模组几何模型和单体数量相同时,错位排列的冷却效果和热均衡性均优于并行排列,1C放电倍率下,错位排列最高温升比并行排列低2.26 K,热均衡性提高33.9%;同一排列方式下电池单体数量越多,模组热均衡性越差,当模组中单体数量由15增加到60时,并行排列热均衡性下降了5.1%,错位排列热均衡性下降6.3%;几何模型和放电倍率对热均衡性影响很小。     

锂离子电池低温放电性能及电池间一致性(英文)

用实验方法研究了锂离子电池在低温下的放电性能以及电池间一致性。在不同温度下,测量了多节18650型号的锂离子电池的恒流放电与电化学阻抗谱(EIS)。当环境温度从25℃降至-20℃时,4节电池的平均容量降低了58.4%,而容量的标准方差增大了6倍。EIS结果表明:降低环境温度会明显增大电池的阻抗,特别是电荷转移阻抗(RCT),同时,电池间的阻抗差异也被放大。15节电池的统计结果表明:电池放电容量与其阻抗之间存在线性关系。因此,低温下电池容量方差的增大是由于电池阻抗方差的增大引起的,而其中,电荷转移阻抗(RCT)起了主要作用。     

混合动力汽车电池放电终止状态判断方法

分析比较几种判断铅酸电池放电终止状态的方法，指出这些以恒流放电特性为基础的放电终止状态判断标准不适于在变电流放电状态下工作的混合动力电动汽车用电池；U-C曲线斜率法考虑了变电流放电因素，适用于混合动力电动汽车电池管理系统对电池终止放电状态进行实时判断。     

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。     

电动汽车用铅酸电池放电特性的研究

采用恒流放电试验建立了电动汽车用铅酸电池放射电特性的理论模型，以此模型计算电动汽车在实际行驶条件下电池复杂变流放电特性，并与试验结果进行了对比，取得了满意的结果，为电动汽车动力系统优化匹配提供了依据。     

单束热管的电池热管理模组低温预热特性研究

为改善低温环境下锂离子动力电池性能,本文提出一种基于单束热管的动力电池热管理低温预热模组结构。在对单体电池进行产热模型试验验证的基础上,采用数值计算的方法,研究热管蒸发段预热方式、加热液体的入口温度和环境温度对模组内电池的升温特性影响。     

基于SOC多模块变压器电池组主动均衡技术研究

针对纯电动汽车动力电池单体间以及电池模组间的均衡速率和均衡效率问题,设计电池单体串联和电池模组串联电路来研究电池单体间和电池模组间充放电时的均衡速率和均衡效率,电池单体间采用电感式和多模块变压器式的主动均衡方式,电池模组间采用多模块变压器主动均衡方式。在MATLAB/Simulink软件环境下分别搭建相应的仿真模型,以电池荷电状态（SOC）为均衡控制变量,采用“均值-差值”控制策略进行仿真实验。仿真结果表明,串联电池单体采用多模块变压器均衡时间是电感式均衡时间的3倍;电池组间均衡时底层单体电池SOC通过电感式均衡快速保持一致,顶层电池模组通过变压器同时充放电,使得电池组SOC保持一致。将单体均衡采用电感式,模组采用多模块变压器式均衡应用于车载多电池箱均衡中有助于提升均衡速率和均衡效率。     

锂离子动力电池模组碰撞失效行为试验研究

随着新能源汽车的快速发展和普及推广,锂离子动力电池的安全性问题日益突出。文章基于电池系统国标检测项目和典型汽车碰撞工况,设计了锂离子电池模组在不同加载速度和不同方向下的挤压试验,分析了锂离子电池模组的复杂力-电特性和失效行为。结果表明:电池模组在低速和高速挤压试验过程中均出现内短路和热失控现象,高SOC电池模组相比于低SOC模组在发生热失控后更容易起火燃烧。高速冲击工况下电池模组发生内短路时的侵入量比低速工况时小,说明电池模组的损伤容限随着加载速度的提高而降低。电池模组在碰撞工况下的力学特性及安全性具有典型的方向性。电池模组X方向的抗冲击能力相比Y向和Z向更强,但因电池单体堆叠热量积聚使得模组热失控更严重。研究结果为模组耐撞性能提升和整车电池碰撞防护设计提供了重要参考依据。     

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。     

磷酸铁锂电池温升特性的研究

介绍磷酸铁锂电池的工作原理和生热特性,通过对锂电池单体三维模型在不同放电倍率下的仿真计算,分析放电倍率对电池温升特性的影响,最后通过锂电池单体试验验证单体三维模型的可行性。     

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。     

不同热管理方案下锂离子电池模组温度特性分析

针对锂离子动力电池在不同条件下电池模组温度变化及热失控传播特性不明晰的问题,提出了基于不同填充材料的电池热管理模拟方案。利用COMSOL Multiphysics软件,以18650电池为研究对象,建立锂离子电池模组热电耦合模型,分析不同填充材料下充放电倍率、液冷流量、液冷管排数对正常电池模组温度的影响;探究不同填充材料对电池模组热失控传播的影响;结合电池热失控试验数据验证模型准确性。结果表明,填充材料和管排数对电池正常模组温度影响较大;填充材料为石墨时最佳液冷管排数为8根;PCM材料能将对热失控传播时间控制在40~50 s/颗,相比于石墨具备明显优势。     

汇流排产热影响下的电池模组冷却系统改进设计

本文利用Bernardi生热速率方程，通过仿真和实验验证建立了可靠的电芯生热模型，仿真和实验误差在2%以内。在此基础上建立汇流排产热影响下的模组生热模型，针对原冷却系统对模组顶部区域和汇流排上冷却效果不足等进行改进设计，在冷却板布置方式上提出将冷却板布置在模组侧面，再通过仿真分析选取合适的冷却板厚度、冷却液体积浓度和冷却液入口流速，最终设计的冷却系统模组汇流排体平均温升降低了15.56%，电芯体平均温升降低了11.48%，模组顶部表面平均温升降低了20.34%，同时模组电芯上的温度分布也更加均匀。     

锂离子电池组散热设计及送风策略

通过实验研究了锂离子电池1C倍率放电,20℃自然对流情况下的温升特性。测得了20℃环境温度下电池的充放电内阻特性,并根据某品牌18650型锂离子电池的物性参数以及实验测得的内阻数据建立了电池单体仿真模型,仿真计算了与实验同工况下的温度分布情况,最大误差4.9%。设计了一种包含480节电池的并行通风空气冷却散热结构,并通过正交试验进行了优化,得到了进出风孔距电池的最小距离1mm,上挡板距离电池的最小距离1mm,下挡板距离电池的最小距离1mm的最优结构,使电池组的最大温升下降了5.71℃,最大温差降低了5.06℃。并基于最优结构给出了120s后每60s改变送风方向的往复送风策略,使电池组即使在40℃、2C放电的恶劣工况下也能够工作在25℃-40℃,电池单体温差5℃以下的工作环境中。     

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,仿真结果显示充放电情况下仿真与实验最大温差基本在1℃以内。所以可以用本模型对锂离子电池生热进行分析,为实际使用提供一定的指导。     

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。     

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。     

大容量锂电池模组过充热失控分析

为提高动力电池的安全性,降低热失控的风险,以某款标称容量为166Ah的大容量锂电池模组作为研究对象,在常温25℃试验环境下,利用充放电测试系统以1/5C恒流对电池模组进行过充电热失控试验,研究其过充电热失控的反应特点和行为特性。结果表明：在常温25℃试验环境下,该电池模组充电至154%SOC,发生热失控行为。过充热失控反应存在明显的演变过程,热失控发生前电芯一致性变差,内部电压的下降时间超前于模组的热失控异常升温时间,对热失控进行预警。     

PEM燃料电池电堆低温起动试验

为评价不同参数对PEM燃料电池电堆低温起动性能的影响,搭建了燃料电池电堆低温起动试验平台,对5 kW燃料电池电堆在-5℃、-10℃和-15℃下的低温起动性能进行了试验研究。结果表明,在低温下恒电压模式比恒电流模式更有利于电堆升温;电堆起动电压为30 V时升温速度快于40 V和20 V时;初始温度越低时电堆升温速率越慢。另外,经过低温起动后电堆性能发生了衰减,电镜扫描结果也显示经过低温起动后电堆质子交换膜局部出现了破损,应采取措施减缓低温起动对电堆的损伤。