锂离子电池组聚类筛选低温混合预热系统建模与热分析

低温导致锂离子动力电池性能衰减加速、寿命缩减、形成锂枝晶，甚至造成内短路等严重问题，因此预热已经成为电动汽车在低温地区应用的关键问题。此外，电池单体间一致性对电池组整体性能及老化有重大影响。采用聚类分析对锂离子电池单体进行筛选成组，并提出一种附有PTC加热膜和液冷板的混合电池热管理系统，通过计算流体力学建模和数值计算对此系统在-40 ℃环境下的预热效率进行分析。结果表明：对初始方案进行优化后，经过695 s预热电池组最低温度可加热至0℃以上；此外，与纯PTC加热方法相比，电池组温度标准差可降低5.9℃。因此，此系统可在无过多功耗增长的前提下，短时间内高效地将电池组加热至工作状态，预热速度为3.56 ℃/min，且能提升温度均匀性。     

低温环境对动力锂电池放电特性影响

针对锂离子电池在新能源汽车上的应用前景及其低温条件下的性能限制,尝试对锂离子电池在低温条件下进行放电实验,探讨其在低温条件下的放电性能.本文利用烤燃设备对5Ah锂离子电池充电、放电,通过示波器记录其端电压,观察低温时锂离子电池端电压的变化情况.实验后,静置24小时,测量锂离子电池电压恢复情况.然后对实验数据进行整理分析,通过取点绘制曲线,分别比较0.5C、1.0C放电电流情况下和-20~20℃各温度下锂离子电池的放电性能.综合分析可知,随着温度的降低,锂离子电池的放电性能变差;随着放电倍率的提高,电池的放电容量逐渐减小.     

基于无机超导热管的车用锂离子电池组散热性能

针对目前车用锂离子电池散热困难等问题,以10A.h车用动力锂离子电池组为研究对象,基于无机超导热管散热方法建立电池组三维热仿真模型,在不同工况下对用不同直径的无机超导热管进行模拟仿真。仿真结果表明:达到稳定状态后,无机超导热管散热方式能确保电池单体的温度控制在20~50℃;当放电电流为10 A且放电时间为10 min时,无机超导热管散热后的车用锂离子电池温度不超过48℃,散热效果较好,满足设计要求。     

电动汽车电池组冷媒直冷系统工作特性的试验

针对一种利用电动汽车空调制冷剂直接冷却电池组的锂离子电池热管理系统,设计了基于口琴管式冷板的电池模组.进行了直冷和液冷的比较,研究了环境温度、压缩机转速、阀门开度及放电倍率对制冷剂流量和蒸发温度的影响,以及对电池组散热特性的影响.结果表明：采用直冷方式在控制电池组平均温度上比液冷具有更好的冷却效果;压缩机转速增加对电池组有明显的控温效果,在3 500 r/min的转速下即使是2.0 C的高倍率放电也能控制温度在40.00℃以下;阀门开度增大有利于电池组平均温度的下降,但不利于电池组温差的降低;在电池组温差较大的情况下,单体电池温差能占到电池组温差的88%.     

电动汽车锂离子电池低温加热方法研究

为提高锂离子动力电池的低温充放电性能,以锰酸锂80A.h电池单体为研究对象,提出了宽线金属膜的加热方法,并对电池单体进行低温充放电实验,建立电池加热模型,采用等效电池加热实验验证模型的正确性,对233K低温环境下的电池单体进行加热和放电实验.实验结果表明,采用宽线金属膜加热法可显著提高电池的低温性能.     

基于可变放电截止电压的锂离子电池的低温加热方法研究

针对锂离子动力电池低温环境使用问题,提出了一种基于可变截止电压的电池加热方法。在低温环境下,以某一恒定充放电电流倍率对电池进行多个充放电循环,以截止电压作为每一个充放电循环的结束条件,在每一个充放电循环结束后,将截止电压增加某一梯度值并进入下一个充放电循环,利用电池充放电时内阻产生的热量对电池进行加热,直至电池达到目标温度。对额定容量为1Ah的18650磷酸铁锂电池进行低温加热实验,结果表明,在环境温度为-10℃的条件下,截止电压变化梯度为0.05V,充电电流为2C,放电电流为4C,能够实现21min内电池从-10℃加热到5℃。     

锂离子电池组间接接触液冷散热结构研究

锂离子电池组的散热问题一直是影响电动汽车电池寿命以及行车安全性的重要因素.为了探究不同冷却管道设计对锂离子电池组散热效果的影响,先通过数值计算方法对单个锂离子电池在不同条件下放电时的表面温度进行研究,对比试验结果,验证仿真方法的正确性.在27℃下,对设计的8种不同冷却结构的散热效果进行对比分析,发现结构八的平均温度为31.62℃,标准差为0.83,冷却效果最佳;双向流设计、进口位置及支管分流情况、冷却管道与电池组的接触面积等因素均对电池组的散热性能产生不同程度的影响,锂离子电池组散热结构设计时应该综合考虑.     

双层布置锂离子电池组散热性能分析

为解决锂离子电池组充放电温度过高及温度分布不均的问题,建立了锂离子电池组空气冷却散热模型,对在不同进风速度、温度及放电倍率条件下的双层布置锂离子电池组散热进行了计算。结果表明:进风速度增大,电池组最高温度与温差下降,散热性能增强,当进风速度超过2 m/s时,电池组散热性能强化趋势减弱;进风温度降低,电池最高温度降低,但温差变化不明显;电池组放电倍率增大,电池组最高温度以及温差急剧上升,散热性能降低。     

锂离子电池用LiPF_6/PC+FEC电解液的低温性能

研究氟代碳酸乙烯酯(fluoroethylene carbonate,FEC)添加剂对锂离子电池用碳酸丙烯酯(PC)基电解液低温放电性能和常温循环性能的影响,并通过电化学阻抗谱(EIS)、X线光电子能谱(XPS)以及气质联用谱(GC-MS)等对FEC在PC基电解液中的作用机理进行探讨。研究结果表明:往PC电解液中添加质量分数为5%的FEC可以在石墨电极表面形成完整且致密的SEI膜,从而有效阻止PC在负极石墨的共嵌入;电池在低温-20℃及-40℃下0.5C放电容量分别可达到室温容量的98%及87%;FEC形成的SEI膜有效降低了锂离子电池的低温电荷转移阻抗,是提高电池低温性能的主要因素之一;FEC在正极钴酸锂材料表面形成了导电性能优异的SEI膜层,改善了锂离子电池的低温性能和常温循环性能。     

钴酸锂电池低温特性和针刺安全性能研究

以低温下工作的钴酸锂（LCO）电池为研究对象,通过实验研究其在低温下的特性和热失控温度变化情况。首先,通过不同温度下的容量测试,对比了-30℃时三元锂离子电池与LCO电池的容量保持率,结果表明,LCO电池在-30℃低温放电容量保持率几乎达到三元锂离子电池的2倍;其次,利用混合功率脉冲特性测试得到了不同温度下电池的内阻;接着,对低温下LCO电池电化学阻抗进行测试,结果表明,-10,-20,-30℃时的电荷转移阻抗较0℃时分别增加了180%,702%,2 400%;最后,对LCO进行针刺热失控实验,结果表明,钢针刺破电池背面后,电池表面最高温度不超过530℃,伴有少量火星,很快产生大量烟雾,并没有发生着火的现象。     

混合动力电动汽车MH/Ni电池放电性能实验分析

根据混合动力电动汽车镍氢动力电池研发需要,针对其结构特点和工作原理,设计了144 V/(6.5 A·h)镍氢电池组的实验方案,提出了放电效率、电池内阻的处理方法,并利用Matlab软件对实验数据进行处理,结合放电电流、荷电状态、电池内阻和环境温度等相关参数之间的影响,分析了电池组的端电压特性、内阻性能以及电池组在常温、高温、低温下的放电特性,结果表明,镍氢电池组在常温和高温下具有良好的放电特性,电池组不适宜在-30℃下工作.     

锂电池性能与温度相关性的基础实验研究

为综合分析影响电池性能的热环境因素,利用恒温油浴工况、近似绝热工况分别模拟有无热管理措施的动力电池组工作热环境,对松下18650锂电池进行了充放电性能与温度相关性的基础测试,研究了电池工作热条件、电池状态及放电倍率对其充放电性能的影响。研究结果表明:无论在何种热条件下,电池充电容量总是小于上次放电容量;当充电温度低于20℃时,电池充电容量随着充电温度的降低迅速衰减,若前一次放电倍率为0.5C、充电温度从20℃降至-10℃时,充电容量衰减12%;较高的放电温度能有效抵消电池大倍率放电引起的容量损失,当电池在40℃环境中以2C倍率电流放电时,其容量衰减仅为3.7%;当电池放电倍率较小,且工作温度高于30℃时,温度对电池放电性能的影响逐渐减小;环境温度较低时,电池放电容量随温度降低迅速衰减,当电池放电温度为-10℃时,其2C倍率放电容量衰减高达50%。本研究期望对高效、可靠及合理的电池热管理系统的设计提供理论依据。     

极寒环境下动力锂离子电池特性

针对极地无人机系统供电保障问题,为极地锂离子电池开发及电池管理技术研究提供依据,对12 A·h三元镍钴锰酸锂电池在极寒环境下的特性展开了实验研究.结果表明:在0℃以下,随着环境温度的降低,电池在不同放电倍率下的可用容量迅速减小,最大放电深度的衰减速率不断加快,欧姆内阻与极化内阻均显著增大且极化内阻的变化更为突出,开路电压明显降低;在低于-40℃的环境温度下,放电前对电池表面进行预热能显著改善电池放电性能,预热温度的变化不影响相同倍率放电时电池表面的平衡温度,同时采取预热与保温措施能够有效恢复电池的容量特性与功率特性.     

全海深深潜器所用动力锂离子电池电气特性

通过试验研究了全海深深潜器所用磷酸铁锂离子电池在常压、20℃,常压、3℃,以及高压100MPa、20℃环境下的电气特性,评价了最大放电深度、内阻、开路电压随温度和压力变化的情况.结果表明:在常压、3℃条件下锂离子电池最大放电深度的衰减较大,欧姆内阻与极化内阻的增幅较大,开路电压略有降低;与常压、20℃相比,在高压100MPa、20℃下,锂离子电池最大放电深度的衰减较大,欧姆内阻略有增加,而开路电压略有降低.     

基于液冷的锂离子电池组热均衡性研究

为了改善车用锂电池模组在高温高倍率工况下的热均衡性,根据圆柱形锂电池的传热特性,建立了18650锂电池单体的三维热模型,并完成40 °C环境自然对流下的热特性仿真,并通过温升试验验证了生热模型的可靠性. 在此基础之上,针对某型纯电动汽车的动力电池组,提出了一种夹套式电池模组冷却系统,利用Fluent研究了40 °C环境下冷却液流量、冷却液温度和放电倍率对电池组散热均衡性的影响. 结果表明:增加冷却液流量可以有效降低电池组最高温度、最大温差及电池自身温差,改善电池间的温度均匀性;但当入口流量增至0.03 kg/s后,对电池组散热性能的改善效果十分有限;降低冷却液温度后,电池组最高温度下降,但电池组最大温差与单体电池间温差不断上升,单体电池自身最大温差略有降低;当放电倍率增大时,电池组最高温度与最大温差均不断上升,单体电池间温差以及电池自身温差显著增大,电池组热均衡性变差.      

动力锂离子电池管理系统的研究

研究了如何保证锂离子二次电池组能在工作条件下安全地进行充电、放电,设计硬件系统,可精确检测每一只电池的端电压、电池的温度及电池组的工作电流。根据这些参数计算电池的剩余电量,以及对电动车实际测试数据,进行分析。以上实验已经通过5000km路程的实际考验。     

动力锂离子电池管理系统的研究

研究了如何保证锂离子二次电池组能在工作条件下安全地进行充电、放电,设计硬件系统,可精确检测每一只电池的端电压、电池的温度及电池组的工作电流。根据这些参数计算电池的剩余电量,以及对电动车实际测试数据,进行分析。以上实验已经通过5000km路程的实际考验。     

锂离子电池热失控特性及电池火抑制过程

为了研究大容量锂离子电池不同种类的热失控特性以及水喷雾对电池火的抑制效果,选用75 A·h锂离子动力电池为研究对象,通过底部电热炉加热诱导电池发生失控反应,并使用水喷雾研究其对电池火焰的抑制过程.结果 表明:在底部功率2 kW且温度为500℃下,锂离子电池平均经过4800s加热后发生热失控现象,热失控共分为五个阶段:受热膨胀、大量烟气释放、形成喷射火、稳定燃烧、自然熄灭.电池表面热失控触发温度为144℃,热失控过程中表面和内部温度最高可达536.8℃和910.1℃,并出现了电压回升现象;水喷雾无法阻止内部反应的进行,可能出现喷射火或复燃现象,在水喷雾的持续作用下能够有效熄灭锂离子电池火焰.研究结果可为锂离子动力电池检测系统和灭火规范提供数据支撑.     

基于红外热成像技术的锂离子电池热特性试验研究

为了深入研究锂离子电池在工作状态下的热特性,通过试验与理论分析手段,结合红外成像技术与非接触式可视化观测方法,研究了锂离子电池单体在不同放电倍率下的表面温度分布特征及不同荷电状态(State of charge,SOC)下的温度均衡性和不同测量点的温升特性。结果表明:锂离子电池极耳附近区域为主要的产热源,且放电倍率越高,产热量越大;电池温度上升越快,最高温度越高,电池温度均衡性越差; 1C放电时,电池表面的温度梯度以多个类半圆形温区呈现;并以正极区为圆心向整个电池扩展; 2C放电时,初期形成的两个半圆形温区重合为一个以圆弧为下边的类矩形温区,直至扩展到电池下边缘;不同放电倍率下,电池温升速率均呈现先减小后增大的趋势。根据以上分析及研究成果,可以合理改进电池单体结构,设计电池组或电池包散热方案,提高锂离子电池在工作过程中的高效性和安全性。     

电动汽车锂离子动力电池组温度场仿真及散热结构优化

文章描述了锂离子电池的生热机理,建立了锂离子电池组风冷散热结构的三维仿真模型,应用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法分析了电池组温度场分布,得出电池组最高温度和温差都对放电电流比较敏感;提出了电池组散热通道改进方案并进行了仿真分析,结果表明改进方案使电池组散热效果明显提高;探讨了入风口风速对电池组散热情况的影响,结果表明提高入风口风速可以有效提高电池组散热效果,但是当风速超过一定范围(10m/s)时,风速继续提高对电池组散热效果的改善逐渐下降。