一款电动汽车用锂离子电池循环过程中的性能研究

以一款市售的40Ah三元离子电池为研究对象,研究其在充放电循环过程一致性的变化、高低温放电性能以及倍率充放电性能。结果表明,随着循环次数的增加,样品的容量一致性变差,低温特性和倍率充电性能变差,而高温放电特性和倍率放电性能基本无衰减。     

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。     

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.     

校准量热法测量锂电池比热容和生热率

本文中对利用校准量热法测量18650圆柱电池的比热和生热率进行了研究,它根据电池的温度变化和热损标定,确定锂离子电池的比热容,并测定大倍率放电时的生热率。实验结果表明:电池的比热容随环境温度的升高而增大,两者呈线性正相关。电池在放电过程中的生热具有时变瞬态的特点,电池平均生热率与放电倍率的平方正相关。此外,通过恒定功率生热实验证明了采用校准量热法测量电池比热容和生热率的准确性,方法简单,且实验过程不损坏电池。     

大倍率放电时电动汽车用锂离子电池的热性能

为保证锂离子动力电池安全、可靠和高效的运行,实验研究了其在大倍率放电时的热性能。实验中,对于一款商业电动车用3.2 V、50 Ah锂离子电池,用充放电测试仪和温湿度巡检仪,控制放电倍率为1C~3C(50~150 A)。结果表明:电池放电倍率越大,电池两端工作电压平台越低,电池放电量越小,电池表面的温升率越大。当放电倍率达到3C(150 A)时,电池表面温度超出其安全工作温度,因而,锂离子动力电池在大倍率放电时,需要为其增加散热设备。拟合了一组用于计算不同放电倍率下电池的瞬时产热量的经验公式。这些公式可用于锂离子动力电池的辅助散热设备的设计和选择。     

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。     

电动汽车锂离子电池碳负极扩散应力与微观结构失效机理研究

扩散应力易引起电极体积变化、电极颗粒破裂和脱落,导致电极材料失效,从而引起锂离子电池容量的衰减。为探究不同材料厚度和放电倍率下的扩散应力规律以及扩散应力与微观结构破坏间的关联性,采用试验与仿真相结合的方法进行相关研究。首先,制备3种不同厚度(25、36、48 μm)的石墨负极,与三元正极组装成纽扣全电池;其次,以相同充电倍率(0.2C)、不同放电倍率(1C、2C、5C)在25℃下进行循环测试,为模型验证及微观测试提供样本;随后,根据电化学及扩散力学原理建立电化学-力耦合模型,并通过不同倍率放电工况对模型进行验证;进一步,利用控制变量法,基于所建模型研究不同材料厚度与放电倍率下扩散应力的规律;最后,基于电镜扫描和X射线衍射测试,对循环后的负极形貌及微观结构进行表征,结合模型仿真研究扩散应力与负极微观结构的破坏关联性。研究结果表明:随着放电倍率增大或材料厚度减小,扩散应力增大、负极损坏程度加深,可根据拉伸屈服强度将扩散应力与微观结构变化关系分为2个阶段;进一步,引入剥落指数定量描述微观结构失效,发现剥落指数与扩散应力之间存在幂函数关系。研究结果可为揭示扩散应力与容量损失之间的关联性提供思路。     

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。     

动力锂离子电池脉冲功率控制失效影响分析

为验证热管理正常工作条件下大倍率放电对动力电池的影响,在电池最佳工作温度范围,对动力电池进行高倍率充放电循环试验,分析脉冲功率控制失效对电性能及安全的影响。试验结果表明:循环测试500周后,动力电池容量出现30%衰减,在40%SOC(State of Charge,荷电状态)附近直流内阻DCR(Direct Current Internal Resistance,直流内阻)增加约8%是容量降低的直接原因,负极SEI(SolidElectrolyteInterface,固体电解质界面)膜老化及电解液浓度增加是主要机理;同时负极出现析锂,存在安全隐患,正极极片状态正常,分析与电池最佳工作温度控制有关。     

车用锂离子电池放电区间与容量衰减关系的研究

锂离子电池寿命通常与电极材料、充放电倍率、放电深度、放电区间和使用环境温度等因素有关。本文中针对一款车用的锂离子电池,研究放电区间对其容量衰减的影响,并通过试验测得的电量增量曲线分析电池的衰减机理,明确电池锂离子和电极活性材料的损失均是导致不同放电区间下容量衰减的因素。最后,利用放电曲线重构的方法,定量分析了容量衰减与可用锂离子和正负极活性材料损失量的关系。     

基于安时法的锂离子电池SOC估计实时校正方法CSCD

为减少工业常用荷电状态(SOC)估计方法——安时法的累积误差,提出一种实时校正的锂离子电池SOC估计方法。在0~60℃,放电倍率1 C、2 C、3 C和0.33 C下,进行锂离子电池放电实验,测量了电压、电流、温度,建立了锂离子电池放电数据库。从该库获取上述放电温度、放电倍率范围,SOC值为20%、80%时的开路电压,以此两点引入一条关于电压与SOC的直线。以该直线上某点电压所对应SOC作为修正项,并引入修正因子α,来校正安时法所得剩余电量SOC估计值。与实验值对比,该SOC估计结果的误差小于4%,符合工业需求。     

双向循环荷载作用下长寿命沥青路面的剪应力分析

以长寿命沥青路面为对象,在双向循环荷载作用下,对其路面所受剪应力进行分析研究,结果表明,工况滞回曲线均呈近似椭圆形,沥青路面应变值在对应循环位移幅值处,随循环次数增加而增大。在循环加载结束后,工况C2、C3、C4沥青路面应变值增长率分别为86%、80%、52%,循环位移幅值越大,沥青路面应变值增长率越小。汽车在减速和加速行驶时,水平力施加明显改变了沥青路面上面层顶部和上面层层底的最大应变值,路面结构内部交变应力场造成路面发生疲劳破坏。路面下面层层底在竖直方向应变值所受影响最大。车辆在减速和加速过程中,下面层层底横向的应变随着水平荷载的增加而增加,在面层里,随着深度的增加,横向应变也随之增加。随着水平荷载的增加,下面层层底的纵向拉应变的最大值变化不明显,横向应变不断增加,在面层里,横向应变随着深度的增加而不断增加,在下面层底部达到了最大值。     

石灰改良粉质路基土永久变形特性研究

利用三轴循环加载设备对石灰改良粉质路基土进行重复加载,研究其永久变形特性.分析了循环累积应变与循环次数、围压、频率的关系.分析结果表明:路基土累积应变随应力水平和循环周数的增加而增加；累积应变的增长速率随应力水平的增大而增大,随应力水平的减小而减小；当应力水平高于临界值时,土体强度随循环周次的增加而软化、破坏.     

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。     

低温对纯电动汽车的影响

汽车行业“新四化”的推进离不开对电动汽车在极端环境下的适应性研究。文章从车载电池的角度,分析出低温下锂电池的放电端电压和容量都将减小,而电池内阻增大,并且推导出纯电动汽车的续驶里程与驱动电池的放电端电压和容量成正比,与电池内阻成反比,从而定性分析出低温将减小纯电动汽车的续驶里程。最后利用Cruise软件进行整车仿真,得出在-15℃的循环工况条件下,纯电动汽车的续驶里程较常温,下降39.48%,而在60 km/h等速工况下续驶里程减小41.11%。     

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。     

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。     

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℃。     

SMA沥青混合料高温流变特性关键指标研究

采用动态蠕变试验和单轴贯入试验,分别以动态蠕变模量(Sy)和抗剪强度(S)为主要指标,研究了油石比、压实次数和试件高度对SMA-13、SMA-16和SMA-20共3种混合料高温流变特性的影响,并将同一条件下的Sy和S进行二次曲线回归,探讨两者之间的关系。试验结果表明:SMA-13的Sy随油石比增大大幅减小,而SMA-16和SMA-20的Sy以及3种混合料的S都随油石比增大出现先增大后减小的趋势,当S达到最大值时3种混合料对应的油石比分别为6.6%、6.3%和6.0%;当压实次数为18次时,3种混合料的Sy和S最大,继续增加压实次数反而会使Sy和S大幅降低;SMA-16和SMA-20的Sy和S之间有很好的相关性,而SMA-13中两者的相关关系较差;随着试件高度的增加,3种沥青混合料的S逐渐减小,贯入深度逐渐增大,最后都趋于稳定。     

荷载与干湿循环作用下预崩解炭质泥岩抗剪强度及渗透特性

为研究预崩解炭质泥岩抗剪强度、渗透系数与竖向荷载及干湿循环的关系,研发一套可施加竖向荷载的岩土干湿循环试验装置,分别利用直剪仪、渗透仪开展预崩解炭质泥岩干湿循环后抗剪强度及渗透试验研究。结果表明:预崩解炭质泥岩的抗剪强度与法向应力呈正相关关系,随竖向荷载、循环时间的增加而增大,随循环次数的增加而降低,且抗剪强度的变化主要是由于颗粒间黏聚力的变化。渗透系数与竖向荷载及干湿循环时间呈负相关关系,而随循环次数的增加呈正相关关系,拟合预崩解炭质泥岩抗剪强度与渗透系数的幂函数关系模型,可为预崩解炭质泥岩抗剪强度、渗透特性及路堤稳定性研究提供理论依据。