锂离子电池动态产热模型及电池模组温度不均匀性演化机理研究

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因能源危机与环境污染问题的日益严峻,电动汽车近些年来得到了快速发展。作为电动汽车的动力源,锂离子动力电池成为制约电动汽车快速发展的主要因素之一。热性能不仅对锂离子电池的使用性能、寿命有直接影响,也关乎着整车的安全性。为满足电动汽车使用性能的需求,常常将多颗单体电池通过串并联形成电池组,在这种情况下单体电池之间的不一致性会导致电池组的性能、寿命下降,同时也影响着电池的热安全。因此,对锂离子电池的热性能以及电池组内部的不一致性研究尤为重要。
  本文以一款50Ah方形三元锂离子电池为研究对象,通过单体、模组温升实验对建立的动态产热模型进行了验证;基于建立的动态产热模型,对并联电池组温度不均匀性对不均衡放电电流的影响机理进行了研究,具体如下。
  通过对单体电池的拆解,获得必要的结构参数以计算电池的热物性参数。搭建实验平台,对电池的单体温升特性、充放电内阻、开路电压温度系数以及开路电压进行了测试。结果表明:电池的充电内阻与放电内阻在变化趋势上有一定差别,并且整体数值上也不相同;开路电压温度系数可正可负,呈现高度非线性的变化趋势。
  由实验获得的参数建立了单体电池动态产热模型,对环境温度10℃、20℃、30℃、40℃,1C、0.5C恒定放电以及动态工况放电下的单体电池温升进行了仿真,与实验数据对比,结果表明建立的单体电池动态产热模型精度足够。
  制作了3并4串的实物电池组,并对其进行了温升特性实验。通过对电池组进行内阻测试,间接的实现了对焊接电阻的测量。基于基尔霍夫电流电压定律对并联组内各个支路上的电流进行了求解,建立了一套可以考虑不一致性对电流以及产热的影响的电池组三维动态产热模型,将仿真数据与实验数据对比,验证了产热模型的精确性。
  对电池并联组内存在温度分布不均、初始容量不同以及同时存在温度分布不均和初始容量不同情况下的不均衡放电电流演化机理进行了仿真研究。结果表明:在不同的不一致性条件下,不均衡放电电流呈现不同的分配规律,并且不一致性参数之间会相互制约,共同对并联组内的电流分配产生影响。
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