基于电芯内部温度实时估算的BMS温控策略分析

发布时间：2020-06-08 14:33

【摘要】：锂电池对于工作温度比较敏感,而以电池表面温度作为控制指标的温控策略具有局限性。本文以某型纯电动客车动力电池为研究对象,结合实际使用过程中动力电池热管理需求,针对电池内部温度无法测量问题,建立电池内部温度估算模型,提出温度均一性评价指标,分析电池包温控策略效果。具体研究内容如下:本文首先介绍了现有电池内部温度估算方法及温控策略研究现状及趋势。从研究电池生热、传热机理入手,将电池单体从三维简化为等效热阻模型,建立电池内外部温度热平衡方程,分析模型热参数理论值。利用实验室电池测试平台获得锂电池基本特性曲线,通过在电池内外部嵌入温度传感器获得多工况下电池内外部温度表现,由此计算得到模型热参数实验值并优化电池内外部温度表达式,将电池内部温度与电池生热量解耦。从对电池包结构合理简化分析出发,确定流道内对流换热系数估计值。基于上文电池内部温度估计方法扩展延伸建立电池模组仿真模型,根据非稳态传热理论分析电池单体温度分布情况,得到单体电池平均温度。根据模组仿真结果提出温度均一性评价指标:电池模组平均温度与最高温度差、电池模组最大温差。仿真结果表明,电池表面温度具有观测局限性。文章最后分析了电池包在预热、散热、保温下的温度表现。通过预热实验发现,电池预热后内外温度快速趋于一致,基于电池寿命模型分析电池预热温度以15℃为宜。根据上文建模基础分析不同散热条件下电池模组内外部温度表现。结果表明,电池模组内最大风速2m/s,温差5℃左右电池模组温度表现良好。即便具有保温层,电池包在长时间静置后温差同样超过5℃,基于上述温度表现提出一种温度均衡控制策略。本文研究内容和结果对电池包温度控制策略有一定的指导意义。
【图文】：

电池,等效电路模型,热阻,单体

吉林大学硕士学位论文度更为准确。SRINIVASAN R[24]研究得到 SEI 膜与电极内阻与电池内部温度的对应关系，利用 SEI 膜与电极内阻来估算电池内部温度。第二种是利用热阻等效电路模型估算电池内部温度。FORGEZ C 等人[25,26]建立了单体电池热阻等效电路简化模型如图 1.1 所示。利用嵌入电芯内部的温度传感器来测量电池内部温度，通过电池实验得到不同放电电流下电池达到稳态时电池内外部温度，进而分析出热参数，并利用稳态来估计电池内部温度。其中工况下估计电池内部温度估计最大误差在 1℃左右。文章中在估算完单体电池内部温度后，没有后续对整个电池包内外部温度进行分析。

示意图,卷绕式电池,内部结构,示意图

一般都为卷绕式结构，如图 2.1 所示，各层材料详细参数见表 2.4。图 2.1 卷绕式电池内部结构示意图2.1 锂电池生热量计算2.1.1 锂电池电化学反应锂电池电化学反应如公式 2.1 所示：46 充放(1 ) 4 6···············2.1以磷酸铁锂为例，简要介绍一下锂电池的反应机理，充电时，锂离子从正极经过隔膜移动到负极嵌入到石墨中，，电子从外电路移动到负极与锂离子一起结合形成富锂化合物，放电时，锂离子从负极脱嵌，经过隔膜移动到正极，电子通过集流体经过外电路流回正极，由此在正负极间形成电动势，驱动外电路中设备做功。此项反应为可逆反应，充电过程与其相反，锂离子从正极材料脱嵌嵌入到负极石墨中。其中也同时伴随着小部分的副反应，也称为不可逆反应，主要包括电池内部材料及电解质材料的相变，通常这些反应会逐渐减小电池内部可用容量。其中温度和放电倍率对于不可逆?
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】