锂离子电池循环过程中热性能及其建模研究

随着锂离子电池逐渐应用到大功率军用设备、电动汽车和电网储能等领域,高功率和高能量的锂离子电池引起了更多的关注。但随着高能量密度电池的使用,电池的热稳定性问题显得尤为突出。因此准确掌握电池在循环过程中的热性能及温升情况,可以为电池组热管理系统的研究及生命周期安全性的保障提供理论依据。本论文以钴酸锂电池为研究对象,对动力电池进行热性能分析。首先测定了动力电池的熵热系数、开路电压及介绍了动力电池性能试验方法,为动力电池的热性能分析提供数据支持。其次,通过试验验证了充放电倍率及环境温度对电池热性能(产热效率)的影响;分析了循环前后电池熵热系数的变化。最后,探究了循环过程中电池的可逆产热率和不可逆产热率的变化情况,分析了循环过程中各项热损失率的比例关系。研究结果表明,可逆产热率大小随倍率变化很小,但不可逆产热率随放电倍率增大而增加;此外,不可逆产热率对温度的敏感程度要大于可逆产热率;循环600次前、后的电池熵热系数随负极嵌锂态的变化关系证明电极材料的结构未发生明显改变;可逆热和不可逆热损失率都随循环次数的增加而变大。根据电化学反应及产热控制方程建立了数学模型,模型的参数经标定后,仿真了18650电池在US06工况下以50%SOC开始运行的试验。将得到的仿真结果和试验结果进行了对比,结果表明:常温下,若电化学模型参数设定合适,则仿真所得电压曲线及总产热量与试验结果拟合较好。模型计算结果可对电池热管理系统制定热管理策略提供参考。