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新能源进展 2023年第1期11卷 85-92页

作者：赵丁安超雷治国福建农林大学机电工程学院福州350108

随着新能源产业飞速发展,纯电动汽车的市场渗透率迅速上升。而制约电动汽车使用的一大关键因素,就是环境温度。在低温下,动力电池的功率特性衰减、电池内阻增大、电池可用容量降低。这些负面因素将直接影响电动汽车的续航里程与安全性... 详细信息

随着新能源产业飞速发展,纯电动汽车的市场渗透率迅速上升。而制约电动汽车使用的一大关键因素,就是环境温度。在低温下,动力电池的功率特性衰减、电池内阻增大、电池可用容量降低。这些负面因素将直接影响电动汽车的续航里程与安全性。基于动力电池低温加热策略的主要产热区域,将目前锂离子电池低温加热策略划分为电池内部加热策略和电池外部加热策略两个大类。分别对这两个大类进行更详细的梳理,对目前的锂离子电池低温加热策略进行了系统的研究。分析了各种加热策略的优点与弊端,并针对存在的问题提出了解决意见。可为后续电动汽车动力电池低温加热策略的研究、锂离子电池低温下热管理系统的设计提供参考。

关键词：电动汽车动力电池低温加热策略

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抑制电池析锂的温度自适应低温加热策略

抑制电池析锂的温度自适应低温加热策略

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作者：郑锦涛重庆大学

学位级别：硕士

近年来,由于地球化石能源逐渐枯竭以及环境污染问题日益严重,使得电动汽车得到了快速发展,而锂离子电池作为电动汽车的动力源,它的相关性能将决定电动汽车发展和推广。特别在低温环境下,由于锂离子电池自身材料性能的影响,使其放电功率... 详细信息

近年来,由于地球化石能源逐渐枯竭以及环境污染问题日益严重,使得电动汽车得到了快速发展,而锂离子电池作为电动汽车的动力源,它的相关性能将决定电动汽车发展和推广。特别在低温环境下,由于锂离子电池自身材料性能的影响,使其放电功率和放电容量等性能大大降低,而且电池在低温下进行充电容易在其负极材料表面析出金属锂,导致电池容量衰减,严重时可产生锂枝晶刺破隔膜,引发电池热失控、起火爆炸等严重的安全事故。这些问题都是导致电动汽车在极寒地区难以推广的重要原因,所以在低温环境下对锂离子电池进行低温加热尤其重要。本文基于一款50Ah三电极锂离子电池作为对象进行低温加热研究,主要工作如下:实验验证了50Ah三电极电池中参比电极的稳定性和有效性,以及该三电极电池在内阻测试中的有效性,然后基于该三电极电池进行低温放电特性、正负极的充放电内阻、低温充放电温升特性以及电池等效对流换热系数等实验测试。通过对实验数据进行整理分析,获得该电池正负极的欧姆内阻、极化内阻和极化电容与温度、电池荷电状态SOC和充放电倍率之间的关系;电池正负极的开路电压与SOC之间的关系;电动势温升系数随SOC的变化规律;不同环境温度和充放电倍率下电池表面温升情况以及不同环境温度和放电倍率下电池放电容量的变化情况。基于实验数据以及电池相关的热物性参数建立三电极电池在低温下的双一阶RC电热耦合模型,并通过实验采集了不同环境温度和充放电倍率下电池的温升和电压数据,将实验与仿真结果进行对比,结果表明了建立的电热偶合模型具有足够的精度来预测电池的温度以及电压的变化,该模型还具有足够的精度对负极电压进行预测。根据实验数据获取电池在不同环境温度和SOC下的析锂边界,结合仿真模型提出一种可以抑制电池析锂的温度自适应低温加热策略。然后基于仿真模型研究了电池在不同SOC下该加热策略适用的温度范围,并且再次通过实验与仿真温升对比,进一步验证了仿真模型在动态加热过程中预测的准确性。最后采用不同加热策略给电池进行循环加热实验,验证了本文提出的加热策略在加热过程能有效的抑制电池析锂。

关键词：三电极锂离子电池低温电热耦合模型抑制析锂低温加热策略

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抑制电池老化的低温交流电加热策略

抑制电池老化的低温交流电加热策略

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作者：郭红强重庆大学

学位级别：硕士

随着全球新一轮科技革命和产业变革的蓬勃发展,以电动汽车为代表的新能源汽车成为汽车产业的发展趋势。动力电池是新能源汽车的关键技术之一,但锂离子电池工作性能受环境温度影响较大,尤其在低温下电池实用性和安全性会严重退化。在实... 详细信息

随着全球新一轮科技革命和产业变革的蓬勃发展,以电动汽车为代表的新能源汽车成为汽车产业的发展趋势。动力电池是新能源汽车的关键技术之一,但锂离子电池工作性能受环境温度影响较大,尤其在低温下电池实用性和安全性会严重退化。在实际应用中,低温下使用锂离子电池将会有两大隐患,其一,电池可用容量减少以及充放电峰值功率降低将会严重影响电动汽车的启动、加速等功率特性以及续航里程。其二,低温环境下电池在充电过程中石墨负极的表面容易出现锂沉积,导致电池发生不可逆的容量衰减,加速电池老化。若锂金属不断沉积则会形成锂枝晶,而锂枝晶的持续生长会刺透隔膜引起电池内部短路,对电池造成永久的损伤,甚至造成起火、爆炸等极端的安全事故。因此,在低温环境下对锂离子电池进行加热十分必要。与其他加热方法相比,交流电加热具有温度均匀性好、加热速度快以及成本低等优点,因此具有重大研究和应用意义。本文以NCR18650B锂离子电池为对象研究低温环境下的交流电加热,制定抑制电池老化的加热策略。具体研究内容如下:首先,基于四种常用的等效电路模型,包括一阶RC、二阶RC、一阶RQ和二阶RQ模型,推导阻抗实部的表达式,建立关于频域的产热模型。然后,搭建电池实验平台,研究NCR18650B锂离子电池的低温特性,包括低温放电特性、开路电压、不同SOC和温度下的电化学阻抗谱、不同幅值和频率的交流电加热以及等效对流换热系数等内容。基于电化学阻抗谱的实验数据,对一阶RC、二阶RC、一阶RQ和二阶RQ模型进行参数辨识,建立各自模型参数关于温度和SOC的多项式模型。结合电池其他物性参数和边界条件,建立四种电热耦合模型,模拟交流电加热过程,并与实验数据进行对比。根据仿真温度和电压与实验结果的均方根误差,确定精度最好的模型用以研究加热策略。最后,基于二阶RQ电热耦合模型,将析锂模型与截止电压共同作为抑制电池老化的约束条件,研究最大电流幅值、最大产热功率与交流电参数(幅值和频率)的关系。结合约束条件,以缩短加热时间为目标,制定温度自适应的交流电加热策略并验证。为了验证该加热策略对抑制电池老化的有效性,进行80次循环加热实验。此外,将加热策略应用到电池模组中,研究组内电池的温升情况以及温度分布,验证模型和加热策略的适用性。

关键词：锂离子电池低温电热耦合模型交流电加热抑制老化低温加热策略

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基于双向加热膜的软包电池低温热管理研究

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工程热物理学报 2023年第12期44卷 3332-3340页

作者：黄恒李洋黄正刘鑫宇李羽白宋永臣大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室大连116024

本文提出一种在两片软包电池中间加入双向加热膜的加热方案。测试了软包电池在两种倍率下不同温度时的电压响应,低温下电池的放电容量大幅下降。比较了LCP加热和加热膜加热的加热性能,加热膜的综合因子为0.61,加热性能较好。实验表明,... 详细信息

本文提出一种在两片软包电池中间加入双向加热膜的加热方案。测试了软包电池在两种倍率下不同温度时的电压响应,低温下电池的放电容量大幅下降。比较了LCP加热和加热膜加热的加热性能,加热膜的综合因子为0.61,加热性能较好。实验表明,加热膜的功率变大时,电池表面最高温度和温差均会升高,因此对此加热方案进行了优化。设计了四种加热膜排布方式,结果表明,采用方案四的分布方式电池表面最高温度为32.8℃,温差为0.62℃。最后,采用方案四将电池从-20℃开始加热,比较了不同起始温度的电压和容量大小。

关键词：软包电池低温加热策略热管理双向加热膜

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