18650锂离子电池产热模型及运用研究

近几年,电动汽车产业正处于快速发展时期。电池作为电动汽车的动力部件,其性能是制约电动车发展的关键因素。由于三元锂电池优秀的能量密度,近年来所占的市场比重逐年提升,完全占据了主流地位。同时锂离子电池热滥用导致的安全问题也逐步得到人们的重视。因此,三元锂离子电池的单体热特性和电池组散热特性研究对热管理系统设计至关重要。本文使用NCR 18650B三元锂离子电池作为研究对象,主要工作如下:(1)拆解NCR 18650B三元锂离子电池以了解电池内部结构,将电池内部产热分为欧姆热和反应热,且分别分析了欧姆热和反应热的影响因素,确定电池各传热物性参数的计算方法。(2)搭建电池充放电试验台,其中电池工作环境温度使用恒温箱控制,将K型热电偶布置在电池表面用于获取电池表面温度,分别进行了电池內阻测试实验,电池电动势温度影响系数实验、电池放电温升实验和电池充放电性能实验。整理实验数据,分析了欧姆內阻和极化內阻随温度和电池荷电状态SOC的变化规律、电动势温度影响系数随SOC的变化规律、不同环境温度下不同放电倍率电池表面温升规律以及不同环境温度下充放电容量的变化规律。(3)电池内部各材料结构参数和材料属性通过测量和查阅文献获得,用于计算电池传热特性参数,通过实验获取恒温箱内部气流情况用于确定电池换热边界条件,依据实验数据建立高精度电池产热近似模型,对电池单体在不同环境温度下、不同放电倍率下进行瞬态仿真研究,分析电池内部温度分布规律,且将电池中间点温度与实验测试值进行对比分析。(4)对由12颗组成的电池组进行散热特性瞬态仿真研究,其中电池以2C恒流放电。仿真研究了电池间距2mm至18mm下的串联电池组流动散热特性、电池与壁面之间距离3mm至18mm的串联电池组流动散热特性、12颗电池并联电池组各种排列方式下散热流动特性,针对3×4布置结构提出了一种优化方案,分析其流动散热特性,且与原方案对比分析。