鋰離子電池的極化內(nèi)阻是不可逆熱測(cè)試的關(guān)鍵參數(shù)。為了更準(zhǔn)確地計(jì)算極化內(nèi)阻，針對(duì)三元軟包鋰離子動(dòng)力電池，進(jìn)行了HPPC測(cè)試、熵?zé)嵯禂?shù)測(cè)試、充放電溫升測(cè)試，采用兩種方法對(duì)極化內(nèi)阻進(jìn)行了計(jì)算，一種是通過(guò)電壓變化量除以電流得到，另一種是通過(guò)建立二階RC模型，結(jié)合HPPC測(cè)試工況辨識(shí)得到。根據(jù)兩種方法得到的極化內(nèi)阻，結(jié)合Bernardi生熱速率模型公式對(duì)電池進(jìn)行了1C充電和0.5C、1C、2C放電下的溫度場(chǎng)仿真，并與紅外熱成像儀記錄到的溫度分布進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：根據(jù)二階RC模型得到的極化內(nèi)阻進(jìn)行的仿真與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，說(shuō)明利用二階RC模型得到的極化內(nèi)阻更加適用于電池持續(xù)充放電過(guò)程中的熱分析。模型很好地模擬了電池不同充放電倍率下的溫度場(chǎng)信息，對(duì)電池?zé)岱治黾盁峁芾砜善鸬街笇?dǎo)作用。 
1 鋰離子電池生熱原理

 

2  動(dòng)力電池?zé)崽匦詫?shí)驗(yàn)

 

2.1  研究對(duì)象

       本課題所研究的電池為36 A·h三元軟包鋰離子動(dòng)力電池，正極材料為L(zhǎng)i[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2，負(fù)極材料為石墨，最大連續(xù)放電電流為2C(72 A)。

 

圖1  鋰離子電池單體

表1  鋰離子動(dòng)力電池規(guī)格參數(shù)表

參數(shù)

規(guī)格

正極極耳材料

Al

負(fù)極極耳材料

Cu

電芯尺寸(長(zhǎng)×寬×厚)/mm

227×162×8

正極極耳(長(zhǎng)×寬×厚)/mm

50×15×0.5

負(fù)極極耳(長(zhǎng)×寬×厚)/mm

45×15×0.3

重量/g

609

標(biāo)稱(chēng)電壓/V

3.7

充電截止電壓/V

4.2

放電截止電壓/V

2.75

額定容量/A·h

36

2.2  動(dòng)力電池HPPC測(cè)試

 對(duì)鋰離子電池內(nèi)阻的測(cè)試，采用美國(guó)《Freedom CAR電池測(cè)試手冊(cè)》中的HPPC測(cè)試方法。

 

圖2  HPPC脈沖電流/電壓曲線

2.3  熵?zé)嵯禂?shù)測(cè)試

       對(duì)熵?zé)嵯禂?shù)(dE/dT)的測(cè)試，是通過(guò)在不同溫度和不同荷電狀態(tài)下測(cè)試開(kāi)路電壓得到。

 

圖3  熵?zé)嵯禂?shù)隨SOC的變化曲線

2.4  充放電溫升測(cè)試

3  二階RC模型

 

3.1  電池等效電路模型的建立

       本文所采用的電池模型為二階RC模型，大量研究表明，二階模型相比一階模型具有更好的精度，與三階模型相比，計(jì)算量更小且誤差相差不大，能夠較準(zhǔn)確地模擬電池的各種特性。

3.3  模型驗(yàn)證

 

4  鋰離子單體電池生熱仿真

 

4.1  熱模型基本理論

4.2  電池計(jì)算模型的建立

 

（a）電池幾何模型

 

（b）電池單體網(wǎng)格

4.3  電池?zé)嵛镄詤?shù)的確定

4.4  電池?zé)彷d荷和定解條件

4.5  仿真結(jié)果分析

 

       根據(jù)二階RC模型和HPPC測(cè)試的方法得到了電池的極化內(nèi)阻，利用BERNARDI模型公式求得電池的生熱率，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了溫度場(chǎng)仿真，所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，得出以下結(jié)論：

（1）鋰離子電池在持續(xù)充放電過(guò)程中極化達(dá)到了最大，利用HPPC測(cè)試計(jì)算得到的極化內(nèi)阻僅適用于脈沖工況，而利用二階RC模型辨識(shí)得到的極化內(nèi)阻更加適用于持續(xù)充電和放電下電池的熱    分析。

（2）根據(jù)二階RC模型得到的極化內(nèi)阻進(jìn)行的仿真與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加接近，隨著充放電倍率的增大，電池溫度梯度增大，幾乎呈線性升高。同一充放電倍率下，電池的放電溫升要大于充電溫升，隨著充放電倍率的增加，電池的最大溫升和溫差均增大。