基于伪二维电化学-热耦合模型的锂电池热特性研究

发布时间：2024-06-27 22:02

　　锂电池放电过程中的产热受电池内部电化学反应和欧姆效应影响,电池产热由电池化学与动力学决定,而电池动力学依赖于电池运行条件和设计参数。锂电池的六个温度依赖性参数对锂电池的放电过程中的产热速率具有影响,包括固相活性颗粒和电解液中的锂离子扩散系数、反应速率常数、电极开路电压、电解液离子电导率、热力学因子和阳离子迁移数。基于LiFePO₄圆柱形电池建立了伪二维电化学-热耦合模型,研究电池在恒流放电过程中的产热速率,以及正极、隔膜和负极各部分的产热速率和所占比例。结果表明,总产热功率随反应热的波动而变化,其中正极电极层中反应热占比最大,负极电极层中极化产热所占比例高于正极,而隔膜中的产热主要来源自欧姆热。不同对流传热系数条件下,电池的表面温度和内部温度差都不同,因此要合理的采取电池热管理措施。

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【部分图文】：

图1锂电池单体电化学模型示意图

图1为圆柱形锂离子电池单体的电化学模型示意图,由负极集流体(Cu)、负极(LixC6)、隔膜(多孔聚乙烯PE材料)、正极(LiyFePO4)和正极集流体(Al)构成,电解液为1.2mol/L的LiPF6溶液(1∶2EC/DMC溶剂),假设多孔电极中的活性分子为球体,无化学副反....

图2圆柱形电池包传热模型

本文使用的是40152型圆柱形LiFePO4动力电池(Φ40mm×152mm,公称容量为15Ah,公称电压为3.2V),图2为圆柱形锂电池包传热模型示意,该电池电芯层由8层结构缠绕中心轴而成,其外侧由铝箔密闭封装。8层结构分别为:负极电极层+负极集流体+负极电极层+隔膜+....

图3正负极开路电压和熵变随电极荷电状态(SOC)的变化

式中:Uref,i为参考温度下的开路电压,dUi/dT为活性颗粒表面局部SOC的函数,正负电极熵变,它们的曲线变化见图3。Uref,n=0.6379+0.5416exp(-305.5309x)+0.044tanh(-x-0.19580.1088)-0.197....

图4不同放电倍率下电池电压模拟与实验结果对比

本文使用环境温度298.15K下,单体40152型圆柱形磷酸铁锂电池放电过程中表面温度场的实验测试结果对电芯单元模型的计算结果进行间接性验证。图4给出了不同放电倍率1C、2C和5C下,实验所测电池电压随放电时间的变化与模拟结果的对比。可以看出,随着放电倍率的增大,电压的误差稍有....

本文编号：3995993