大容量锂离子动力电池充放电过程热特性研究

随着能源危机和全球气候日益变暖,锂离子动力电池以其循环寿命长、能量密度高、工作电压高迅速成为人们研究的热点,但锂离子动力电池的热安全性成为制约其推广的主要问题之一。 要想解决这一问题,首先就需要了解锂离子动力电池的发热机理,以及影响锂离子动力电池发热机理的因素。本文通过实验和模拟相结合的方法研究了锂离子动力电池在充放电过程中的热特性及其影响因素。 首先,通过对单体锂离子动力电池进行充放电实验,研究不同因素对锂离子动力电池热特性的影响,同时测量不同状况下电池的欧姆内阻、极化内阻和熵变情况,分析各部分对电池发热的影响。通过对实验进行分析讨论得出：充放电倍率、环境温度、荷电状态会对电池的热特性产生影响。充放电倍率越大、环境越低、荷电状态越低,电池的发热功率越大,电池的温升越高。同时通过测量锂离子动力电池的欧姆内阻、极化内阻和熵变得到：随着放电倍率的增大,欧姆热占总热量的比重增大,极化热和反应热占总热量的比重减小；在大倍率放电情况下,欧姆热和极化热起主要作用；环境温度越低,电池的总内阻越大,使得电池发热功率越大,电池的温升越快。熵变仅与荷电状态有关,而与这一荷电状态下电池的温度无关。 其次,通过所获得实验数据结合电池内部的发热机理,提出了一种适合本文中钾离子动力电池的内热源模型。模拟结果表明,建议的模型能够较好地反映放电过程中电池内部温度场情况。同时利用该模型模拟出电池在恶劣情况下工作时电池的温升情况,以及不同对流换热系数对电池热特性的影响,模拟得出增大对流换热系数有利于降低电池的温度。