锂离子电池在功率特性?能量特性?循环寿命和安全性等方面的优越表现,使得锂离子动力电池逐渐取代铅酸电池和镍氢电池等动力电池,在电动汽车领域得到广泛应用。然而,锂离子动力电池的充放电性能?循环使用寿命和安全性等对于温度敏感性较高,故维持锂离子电池在适宜温度环境下的充放电是保证电动汽车正常、安全且高效运行的关键。因此,针对锂离子电池的综合性能对温度环境敏感的特性,需设计出具备高效、稳定、快速响应等特点的电池包/模组热管理系统方案;而了解锂离子电池的瞬时热特性,则是实现对电池包/模组温度环境快速且精准控制的一项前提。对锂离子动力电池在实际工作中的瞬时热特性进行有效预测,首先需要研究锂离子电池的产热、传热和散热规律,分析电池在时间域和空间域上的温度分布。现有研究表明,锂离子动力电池在实际工作过程中,因其内部结构及结构产热的差异性使得电池表面的温度场分布并不均匀。对于由若干颗锂离子电池单体组成的电池模组来说,研究电池单体表面温度场分布的不均匀性对模组电池在正常充放电条件下的瞬时热特性的影响,可对设计电池包/模组温度快速精准控制的系统热管理方案提供参考。本文以某型号车用18650型三元锂电池作为研究对象,从研究锂离子电池单体表面温度分布不均匀的热特性及产热规律入手,深入了解电池内部各产热部位的结构、产热特性及其相对位置,并建立能够有效预测电池内外部温度场分布的仿真物理模型;将得到的电池单体仿真模型应用于电池模组中,对不同排列形式下的锂离子电池模组在自然对流及液冷条件下的温度场进行仿真研究,探究电池结构热源差异性对模组电池表面温度场的分布及瞬时热特性的影响。本文的主要研究内容可以概括为:1)研究锂离子电池表面温度分布不均匀的热特性及产热规律。通过电池表面温度热特性实验,探究电池单体在放电过程中电池表面温度场的分布特性,发现锂离子电池单体在持续放电过程中,电池表面温度在轴向和周向都存在明显差异。轴向上,圆柱表面温度>负极表面温度>正极表面温度;在周向上,圆柱表面母线一侧温度高于另一侧温度。在此基础上,结合电池单体内部结构布置、电池各部件的产热、传热特性三个角度对这一现象提出解释;2)通过对电池单体拆解得到电池内部结构的实际物理模型,并采用分布式参数电池生热模型对电池单体内部各主要产热部位的热源进行独立考量,建立可模拟电池表面温度场分布的瞬态热源模型。结果显示仿真数据与实验测试数据拟合良好,说明本文所建立的锂离子电池单体的物理模型及仿真方法可用于模拟电池单体放电时的表面温度场分布。3)研究自然冷却条件下模组电池温度场的分布特性。分别考察不同电池结构布置方案下,电池模组中的热聚集效应及其导致的温度场分布特性。结果发现,电池的聚集效应使得模组电池表面温度相较于电池单体急剧上升,温差增大,温度均匀性指数降低;电池不同的结构布置方案对模组电池在不同放电倍率下电池表面的平均温度、最大温差及温度均匀性均有影响,且这一不均匀现象可能会在多颗电池组成的电池包/模组中被放大。4)分析液冷冷却条件下模组电池的瞬时热特性。通过在电池两端设置冷却板的形式对模组电池进行冷却,发现锂离子电池两端的液冷方案布置形式,虽然能够较好的降低模组电池在高倍率放电下的电池表面的温度,但增加了电池表面温度分布的不均匀性。进一步研究模组电池在多种冷板入口流量及冷却突变条件下电池的瞬时热效应,发现在特定的冷板结构下,模组存在极限冷却能力及冷却迟滞现象,并提出了液冷板的最优冷却流量指标及冷却迟滞时间,这一结论可为电池包/模组的热管理动态控制方案提供参考依据。根据这些研究,发现本文采用的物理模型及瞬态仿真方法能准确模拟电池放电过程中的温度场分布;将单体电池模型应用于模组电池在放电过程中的瞬时热特性研究,发现电池模组中不同结构布置方案都将导致热聚集效应,对模组电池的温升、温差及温度均匀性均有较大影响。进一步研究发现,电池模组中的液冷结构存在极限冷却能力及冷却迟滞现象,要精确控制电池环境温度,需采用动态控制方案,前馈控制的时间与电池的瞬时热特性及冷却结构均有关系。这一研究将有助于指导具备精准、高效、快速响应等特性的电池包/模组热管理系统方案的设计。