【摘 要】
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本文以51Ah车用锂离子电池为研究对象,结合仿真与实验研究单体电池和电池模块的放电和热特性,对温度场和一致性的优化提出了建议。采用三块同型号的电池,分别对容量,内阻和放电温升进行测试。结果发现:电池内阻随温度降低而升高。当SOC较低时,电池阻值会急剧增大,此时充电内阻小于放电内阻。低温放电时电池容量会大幅度下降,10℃和45℃的容量相差约5Ah。平均温度与放电倍率正相关,1.5C倍率下温升可达16
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本文以51Ah车用锂离子电池为研究对象,结合仿真与实验研究单体电池和电池模块的放电和热特性,对温度场和一致性的优化提出了建议。采用三块同型号的电池,分别对容量,内阻和放电温升进行测试。结果发现:电池内阻随温度降低而升高。当SOC较低时,电池阻值会急剧增大,此时充电内阻小于放电内阻。低温放电时电池容量会大幅度下降,10℃和45℃的容量相差约5Ah。平均温度与放电倍率正相关,1.5C倍率下温升可达16℃,0.3C的温升低于3℃。低倍率放电时,电池存在平均温度下降的阶段。放电末期,电池的最大温度出现在中心偏向正极处,最低温度出现在正负极耳。25℃与40℃时电池的内阻一致性较好。容量差随温度呈现非单调的变化规律。提出了一种将电极对与单体电池耦合的三维电化学-热耦合模型,研究集流体的电流密度,电极对截面处的电解质电流密度以及电池整体的温度场分布。集流体中靠近极耳区域的电流密度最大。放电初期,正极极耳侧电解质电流密度最大,而到末期,中间区域的电流密度最大。放电倍率的增加使得电流分布的均匀性变差,最大温升和最大温差增大。利用响应面法调整正极厚度,极板尺寸和正负极耳尺寸对电池进行热优化。经优化以后,电池的平均温升降低2.93℃,最大温差降低0.596℃,方案误差小于2.68%。电池的最大温升为6.56℃,比优化前降低30.9%;最大温差为1.175℃,比优化前降低33.7%。基于电化学-热耦合模型与电路模型研究不同连接方式对电池模块温度场和一致性的影响。放电倍率越大,模块的一致性越差。不管是先串后并还是先并后串,并联支路的增加或串联单元数量的减少,都会使模块的平均温升和最大温差会降低。放电结束时串联电路电池的电压最高,并联电路最低。并联支路数相同时,先串后并模块的一致性优于先并后串。先并后串的并联支路中串联电池的数量越多,电池一致性越差。先串后并中并联的支路数越多,电池一致性越差。
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