基于有限元分析的动力锂离子电池生热特性研究

针对电动汽车用动力锂离子电池的热安全性问题,以某11 Ah动力锂离子电池为例,进行有限元建模分析,分别对锂离子电池单体在不同充放电倍率、不同环境温度以及不同散热条件下的发热情况进行了分析.结果表明,锂电池放电倍率越高温升越高且温度分布越不均匀,良好的散热模式有助于电池温升的抑制和提高电池的热稳定性.定量化的计算仿真结果符合实际,研究结果为该类电池的建模与仿真提供了借鉴和参考,对锂电池单体的设计优化及锂电池热管理系统的研发具有指导意义.     

一种充放电双时间常数动力锂电池的建模与仿真

根据动力锂离子电池充放电特性建立了一种采用快慢电容回路模拟充放电双时间常数动力锂电池的电池模型.详述了模型建立的理论推导过程,经仿真表明,该模型能够准确地反映动力锂电池充电及放电特性以及荷电状态(SOC)的动态变化.     

锂离子电池电极放电深度分布和产热分布研究

锂离子电池电极上的电压和电流分布会导致电极各处产热率和放电深度的不同,进而影响整个单电池的温度分布和放电性能.通过构建锂离子电池电极模型,用以分析电压、电流、产热率、放电深度在锂离子电池电极上的分布.仿真结果表明:靠近极耳区域处的电压梯度及穿过隔膜电流梯度明显大于其他区域;电极上的产热率分布与穿过隔膜电流密度有关;在放电过程中会优先消耗靠近极耳处的活性物质,导致此处的放电深度一直大于平均值;锂离子电池电极放电深度一致性随放电时间增加而提高,而产热率分布一致性则会出现交替增大、减小现象.     

基于电极产热分布的锂离子动力电池热模型

在锂离子电池得到广泛使用的同时,热安全一直是制约锂离子电池进一步发展的重要障碍。通过构建锂离子电池二维电极电-热模型和三维单电池热模型,将二维电极产热分布加载到三维单电池热模型中,同时将三维单电池热模型的温度分布映射到二维电极模型上。对比绝热环境下1C放电和2C放电仿真与实验数据,表面温度与产热率误差均小于5%。基于电极产热分布的热模型可以准确的模拟不同工况下单电池的产热率和温度分布。仿真结果表明产热率在电极上的分布随放电时间而变化;放电倍率对电池温度分布规律没有影响,中心区域温度最高;放电倍率越大,单电池内的温差越大。     

全固态薄膜锂电池倍率性能

全固态薄膜锂电池具有固态电解质层薄、固固界面致密等特点,可作为微小型设备的储能元件。与传统锂离子电池相比,全固态薄膜锂电池内部不含液态电解液,反应与传质过程皆在固相中进行,导致全固态薄膜锂电池的倍率性能一般较差。为解决该问题,该文基于磁控溅射和真空蒸镀技术制备了正极为钴酸锂、固态电解质为锂磷氧氮(LiPON)、负极为金属锂(Li)的全固态薄膜锂电池。采用时频域配合和实验与仿真相结合的方法,系统解析了影响全电池倍率性能的关键因素。运用基于全电池倍率实验电压曲线的曲线平移分析方法及基于一维阻抗模型和阻抗谱的动力学参数辨识方法,分析了电池内部不同部件、不同物理过程对电池倍率性能的影响,结合一维时域模型仿真结果得出如下结论：电池中影响大倍率下放电总容量的主要限制因素为正极材料中的锂离子扩散过程,放电末期正极扩散系数低是大倍率下放电容量衰减的主因;影响瞬态放电功率的主要限制因素为固态电解质中锂离子的电迁移过程,高固态电解质固相过电势是放电功率损失的主因。基于上述结论,该文提出了适当降低固态电解质薄膜厚度和缩短正极离子扩散路径等改进电池倍率性能的初步设计思路,研究了一种全固态薄膜锂电池倍率性能的分...     

基于简化可变参数热模型的锂电池内部温度估计

锂电池内部温度的准确估计是实现电池安全可靠热管理的关键,为准确估计锂电池内部温度,针对现有电池热模型中各热电参数的辨识误差对内部温度估计精度的影响,文中提出基于简化可变参数热模型的锂电池内部温度估计方法.通过对不同环境温度下锂电池内部热容与外部热阻进行辨识,建立可变内部热容与外部热阻估计模型,同时对模型机理进行分析,详细描述了外部环境对于内部热容和外部热阻的影响,并通过实验验证了模型的可靠性;最后结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,实现对内部温度的估计.不同温度梯度下的恒流放电实验与仿真结果证明,所建模型适用于不同环境温度下的锂电池热模型,提高了内部温度估计精度.     

基于二阶Thevenin模型的锂电池建模仿真

介绍了几种典型的电池模型,选取二阶Thevenin模型作为研究对象.对锂电池进行了性能试验,通过HPPC试验对电池模型参数进行辨识.借助Matlab中cftool工具箱对试验数据进行多项式拟合.在Matlab/Simulink中搭建仿真模型并进行仿真试验,通过对仿真和试验结果的对比分析,验证了锂电池模型参数辨识的有效性.分析了仿真误差增大的原因,提出了进一步提高电池模型参数精确度的方法.结果表明:该模型可以准确地描述不同工况下的锂电池外特性,随着电池SOC的降低,仿真误差有所增大,当SOC0.2时,仿真误差增大较明显.     

动力锂离子电池建模及其动态特性研究

由于动力锂离子电池管理系统设计及电池剩余电量预测依赖于电池等效电路模型的建立,在几种常见的动力锂离子电池等效电路模型分析与比较的基础上,通过对动力锂离子电池进行多次充放电实验,分析了动力锂离子电池的动态特性,提出了基于Thevenin等效电路模型的双电源模型;并辨识了模型的相关参数。运用Matlab/Siumlink仿真工具建立仿真模型,对双电源模型进行仿真验证,结果表明双电源模型可准确模拟动力锂离子电池的工作特性,为动力锂离子电池的高效管理奠定基础。     

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.     

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。     

锂离子动力电池充放电特性的试验研究

为了解锂离子动力电池的工作特性,评价其在电动车辆上的使用性能,对锂离子动力电池进行了性能测试.基于实验结果,给出了锂离子动力电池的工作电压、工作电压下降速率和温升特性曲线.对锂离子动力电池的工作特性进行了分析;对各单体电池间的一致性对电池组性能和寿命的影响进行了分析评价;对电池的使用规范提出了建议.分析表明:锂离子动力电池适合于电动车辆使用,但电池单体间的一致性还待进一步改善和提高.     

锂电池充放电特性分析和测试

简要分析了锂电池的充放电特性,为测试提供了测试参数,讨论了锂电池容量的测试依据,并测试了某品牌1000mAh的锂电池充放电特性以及其容量,为锂电池的快速检测提供了一种测试参数设置依据。     

微热管阵列应用于锂电池模块的散热实验

锂离子电池在大功率应用下的热控制和热管理已成为制约电动汽车商业化的瓶颈,为解决此问题,运用微热管阵列设计锂电池模块散热系统,在开放条件下对电池模块进行恒流18 A(1 C)和36 A(2 C)充放电测试,通过测量布置微热管阵列前后电池表面温度可知:在1C和2C充放电倍率下,散热系统能够有效的降低电池模块的温度及电池间温度差异,将温度和温度差值分别控制在40℃与5℃之内,可以解决温度对电池寿命和容量的影响问题.基于实验数据,对其中一2 C工况热量进行了计算,得到通过微热管阵列的对流散热量达到模块生热量的40％.     

快充条件下18650锂离子电池热-力耦合分析

为研究锂离子电池温升所产生的热应力和形变分布,建立了快充条件下18650锂离子电池的热模型,仿真得到不同环境温度下电池的温度场分布,并在此基础上建立顺序热-力耦合模型,进一步分析电池的热应力和形变分布.结果表明:随着环境温度增加,电池最高温度增大,温差减小,充电末期电池温度稍有下降且降幅随环境温度增加而减小;最大应力值出现在电池柱面外边中间部分,最小应力分布在轴向两端;最大形变分布在电池轴向两端,最小形变出现在电池中心区域;电池的应力和形变随环境温度增加分别呈减小和增大趋势.     

锂离子动力电池特性研究

为深入了解锂离子动力电池的充放电特性,评价其在电动汽车上的使用性能,通过不同条件下的试验对两种锂离子动力电池进行了全面性能测试.介绍了动力电池性能试验方法,基于试验数据绘制了锂离子动力电池不同使用工况下的充放电特性曲线,得到了电池的各项性能参数.分析了锂离子动力电池的工作特性以及充放电率、环境温度等因素对电池性能的影响,提出了锂离子动力电池的合理使用建议和在低温情况下的合理应用方案.     

光伏充电控制器的研究

对锂离子电池及其充电方法进行了概述,并对小型光伏充电控制器进行了研究,当光伏电池输出电压在0.8~35 V时,均可对锂离子电池进行充电。控制器用单片机来监测锂电池电压和充电电流,以保证锂电池的安全充电,采用间歇式充电方式对3.6 V锂电池进行充电,间歇时间可进行人工设置,采用定时和最小充电电流双重控制来终止充电过程。试验表明:该系统可满足锂电池充电要求,具有友好的人机界面,当光伏电池板输出电压低至0.8 V时仍然可以满足3.6 V锂电池的充电要求。     

锂离子电池组均衡充电和保护系统研究

为了提高串联电池组充电过程中的一致性,设计了电池组均衡充电保护系统并介绍了其具体实现方法.分析了锂离子电池组均衡充电保护系统在电池组充电过程中的均衡充电和保护功能,建立了电池组均衡充电的控制模型.在锂离子电池组的均衡充电试验过程中,测量了模块的分离电流和反馈总线电压.豪华电动大客车BFC6100EV运行试验表明,均衡充电保护系统改善了电池组充电过程中的一致性以及保护作用,改善了电池的性能,延长了电池组的使用寿命.     

多能源汽车镍氢动力蓄电池组的建模

建立用于多能源汽车正向仿真模型的蓄电池子系统模型. 以理想电压源和内阻串联的数学模型为基础, 考虑内阻随放电程度(SOC)与蓄电池温度的变化关系建模, 并通过蓄电池多工况实验与仿真对比, 对蓄电池升温过程进行简化工程建模.      

Model based SOC estimation for high-power Li-ion battery packs used on FCHVs

A model based method which recruited the extended Kalman filter （EKF） to estimate the full state of charge （SOC） of Li-ion battery was proposed. The underlying dynamic behavior of the cell pack was described based on an equivalent circuit comprising of two capacitors and three resistors. Measurements in two tests were applied to compare the SOC estimated by model based EKF estimation with the SOC calculated by coulomb counting. Results have shown that the proposed method is able to perform a good estimation of the SOC of battery packs. Moreover, a corresponding battery management systems （BMS） including software and hardware based on this method was designed.     

A Type of Lithium-ion Battery Based on Aqueous electrolyte

1 Introduction A new type of rechargeable lithium ion battery with an aqueous electrolyte was announced by W. Li et al. in 1994[1].This type of battery uses the lithium intercalation compounds LiMn2O4 and VO2 as electrode materials and an alkaline aqueous electrolytic solution. By this combination, the disadvantages of the non-aqueous Li-ion battery type, i.e. high cost and safety problems could be faded away[2]. So this type of aqueous Li-ion battery was regarded as the promising power for electric veh...