锂离子电池热特性分析及管理技术的研究

随着环境污染问题和能源短缺问题日益严峻,新能源行业得到了快速发展,电动汽车成为了取代传统燃油汽车的另一种选择。在电动汽车的技术发展过程中,电动汽车性能上虽然得到了很大改善,但安全稳定性依然不能完全保障,电动汽车发生爆炸的事故时有发生,其主要问题还是锂离子电池的管理问题。作为电动汽车动力系统的核心部件,保证锂离子电池安全高效的工作是研究的重点。在整车工况运行中锂离子电池对于工作温度比较敏感,引发锂电池爆炸归根结底是温度管理问题,而在众多锂电池管理系统中温度的监测控制都是以锂电池外部温度作为衡量标准,而以电池表面温度作为控制指标的温度控制策略具有局限性,对于温度的控制方面,仅通过加强散热等手段来对温升进行控制的方式不能做到及时有效。本文以天津力神股份有限公司18650锂离子电池作为研究对象,针对锂离子电池的热特性及管理技术进行研究。本论文的主要研究内容如下:(1)从锂电池原理入手,研究锂电池产热特性和传热特性,分析锂电池各种模型的适用场景,由于热电耦合模型在工程上的局限性,搭建热阻等效电路模型来对锂电池锂离子电池内部温度进行估计。(2)从锂电池热阻等效电路模型出发,对锂离子电池进行HPPC性能测试实验,根据实验结果离线辨识模型参数;采用递推最小二乘法对锂电池的热阻等模型参数进行在线辨识。利用自适应滤波算法,推导出应用于内部估计的具体推导算法,并通过在COMSOL平台上搭建锂电池热电耦合模型,对锂电池热阻等效电路模型的内部温度估计进行仿真验证,确定其可行性。(3)在分析锂离子电池热特性过程中,根据温升对锂电池性能的影响,研究锂离子电池的最适工作温度区间,根据锂离子电池的温升情况,判断锂电池温升的主要因素。在锂电池热特性分析和内部温度估计的基础上,设计基于多参数融合的温度控制策略,达到通过内部温度来对锂电池温度进行控制的目的,并在ADVISRO平台上搭建仿真环境,进行UDDS工况仿真,验证控制策略的有效性。(4)搭建锂离子电池管理系统平台,验证实验平台采集参数的精度是否达到要求。根据热管理系统的特点,将基于内部温度估计的热管理策略在底层嵌入式平台上实现,同时保证数据的稳定性,并进行实车验证基于内部温度估计的热管理技术的有效性。