锂离子电池作为一种具有高功率密度、高能量密度、长循环寿命、环境友好等特点的储能元件,在电动汽车与轨道交通领域得到了广泛的应用。由于锂离子电池的使用安全、循环寿命、峰值功率、可用容量等都与电池温度具有强耦合关系,因此在使用过程中,为电池配备性能优良的热管理系统是必不可少的,尤其是在现在,锂离子电池趋向于大容量高功率大倍率化发展,科学有效的热管理系统显得尤为重要。为解决锂离子电池热管理系统在设计以及在线监测等方面的问题,本论文以几款商业化的锂离子电池为研究对象,基于电池的热电耦合原理建立了热仿真模型及估算电池内核温度与产热功率的在线模型。主要研究内容如下:首先,针对传统热仿真方法无法基于电池温度,实现对生热功率实时修正的问题,以轨道交通用钛酸锂电池为研究对象,基于锂离子电池的等效电路模型和生热功率方程,建立了电池的热电耦合模型,引入了对生热功率的温度修正环节,形成了由“电”到“热”再到“电”的闭环耦合,以实现对电池产热行为的准确建模。其次,基于电池的热电耦合过程,提出一种联合了电路仿真与计算流体力学仿真的协同仿真构架,在仿真过程中实现对锂离子电池生热功率的同步矫正,从而为热管理系统的开发与设计提供科学的的先验工具。基于已有的仿真构架,在不同温度、不同倍率、动态工况下,对电池单体的仿真模型进行了传热学分析,验证了所提出的仿真构架的有效性和准确性,并针对实际项目中应用的电池模组进行了传热模拟及极耳散热效率的仿真分析,为其热管理系统的开发设计提供参考。最后,针对热管理系统无法监控电池内核温度及产热功率的问题,基于“两段式”的简化传热模型,推导出了锂离子电池的传热状态方程,运用递归最小二乘算法和卡尔曼滤波算法,分别实现了对锂离子电池热物性参数与内核温度的在线估算,从而为热管理系统的安全预警提供数值参考。