锂离子动力电池热特性建模与加热方法研究

电动汽车锂离子动力电池性能、寿命与工作温度密切相关。一方面,电池工作时会产生热量,从而引起电池温度的升高,因此电池生热特性研究是电池热管理的基础;另一方面,电池在低温下充放电性能降低,可释放容量衰减导致电动汽车续驶里程缩短,因此电池低温加热研究很有必要。基于此,本文将对锂离子电池的生热特性和低温加热方法进行研究,研究内容如下:(1)针对圆柱形锂电池结构,采用径向分层方式建立电池生热模型,针对方形铝塑膜锂电池,由于其侧面较大且为薄平板形状,采用整体均质等效进行生热特性建模;为了获得电池生热模型参数,采用了基于遗传算法的参数辨识方法。(2)为了验证生热模型的正确性,对圆柱形18650电池模块和方形铝塑膜电池模块进行恒流放电温升特性实验,同时结合电池等效电路模型仿真得到任意倍率下电池工况数据,对两种电池的生热模型进行了实验验证,证明了上述模型的正确性和有效性。(3)在电池低温加热方法研究方面,开展了电池正弦交流电内部加热法研究,以18650电池模块为对象进行建模研究,首先进行单一频率建模,并推广到任意频率,从而建立起正弦交流电加热模型;然后对电池进行实验研究,实验结果表明交流电加热能使电池快速升温,并且电池容量也没有衰减;最后利用实验中获取的温升特性与加热模型仿真出的温升特性进行对比,结果表明加热模型很好的反映了实验中的温升特性。(4)此外,开展了电池模组外部PTC自加热方法研究,以方形铝塑膜电池组为对象,分析了自加热的传热原理,电池自加热放电的生热原理等,并建立了导热模型;实验对比研究了外部取电和自取电PTC加热情况,并对加热效果进行了分析,确定了电池自生热和PTC生热的生热率;最后建立基于Fluent的热仿真模型,并与实验结果进行对比从而验证了模型的正确性。