电动汽车圆柱型锂离子电池热模型研究

随着能源危机和环境污染问题的出现,电动汽车的发展逐渐受到越来越多的重视,而动力电池的性能和寿命成为了阻碍电动汽车发展的一大关键因素。电池高温会导致不可逆反应物增多,电池可用容量损失,电池使用寿命缩短。电池低温会使内阻增大,电池可用容量急剧减小,电池充放电效率降低,因此对电池温度进行预测和监控十分必要,提高电动汽车的动力性、经济性和安全性。本文以18650圆柱型锂离子电池为研究对象,工作内容主要包括:(1)综述锂离子电池热特性的国内外研究现状,指出存在的问题和未来研究趋势。(2)介绍18650圆柱型锂离子电池的结构和工作原理,研究了电池的生热机理,根据傅里叶定律建立了电池热模型。建立了电池的一阶RC等效电路模型,通过电池性能测试计算电池的OCV和一阶RC等效电路模型参数,并进行了模型验证。(3)通过红外热成像仪测量电池表面温度,利用最小二乘法对电池的比热容和对流换热系数进行了初步计算。基于一维降阶热模型,通过遗传算法寻优获得电池的热物性参数,并对参数结果进行了验证。(4)通过CFD软件FLUENT分别建立了18650圆柱型锂离子电池的一维、二维以及热电耦合三种模型,对单体电池不同倍率充放电过程的温度场分布情况进行了仿真,并将表面温度与实验结果对比,结果表明三种热模型对圆柱型锂离子电池表面温度计算的有效性。其中,热电耦合模型通过FLUENT UDF自定义函数在线反馈电池的温度和SOC,表面温度计算的准确性最高,为电池热管理系统提供了参考和指导。