飞机上的锂电池一般都会经历高空低温环境,然而目前关于锂电池的研究还未关注到低温内部特性。因此,有必要了解低温环境下锂电池充放电过程的内部温度和热应变产生规律以及机理。本实验搭建了低温锂电池高倍率充放电平台,在此基础上开展了常温和低温环境高倍率充放电实验。本实验针对软包锂电池的特殊结构,设计了埋入式传感器锂电池,可以实时准确的采集锂电池使用过程中的内部状态参数,减少实验误差,确保数据的准确性。实验在低温实验舱中进行,分别在常温(25℃)和低温(10℃、0℃、-10℃、-20℃)环境下开展高倍率(1C、2C、3C)充放电实验。从锂电池充放电时间、充放电容量、内部最大温度、内部最大应变、电化学反应等几个方面研究低温环境下锂电池内部状态的变化规律。实验结果表明,磷酸铁锂电池的充放电时间和容量随着环境温度的降低而减少,内部温度和内部应变随环境温度的减少而增加,并且当环境温度每下降约10℃,充放电时间也相应减少约10%。在25℃、10℃和0℃温度下,电池表现出平坦而长的电压平台,但当温度为-10℃、-20℃时,充放电初期电压会出现反弹现象。本论文通过理论计算对实验结果进行验证,参考前人关于锂电池温度场和热应力场的解析解,计算出25℃下锂电池内部最大温度为39.8℃,比实验获得的最大温度41.7℃低1.9℃。根据实验数据计算出Bernardi生热模型在低温环境下的温度系数,分别是常温25℃环境时0.279 mV/K,10℃和0℃环境时0.355 mV/K和0.362 mV/K,以及-10℃和-20℃环境时0.482 mV/K和0.511 mV/K。本文为今后机载锂电池的安全性研究提供了一定的理论支撑,为我国民航全电及多电飞机的适航验证提供一定的技术支持。