基于電極產(chǎn)熱分布的鋰離子動力電池?zé)崮Ｐ廷?/h1>
2018-08-03 05:18:18，
佳木斯大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2018年4期
，
(1.同濟大學(xué)新能源汽車工程中心，上海 201804；2.同濟大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804)
0 引 言
極發(fā)展純電動汽車成為應(yīng)對目前日益嚴峻的資源短缺和環(huán)境污染問題的重要解決方案。車用鋰離子動力電池作為純電動汽車的動力源，必須滿足高能量密度、長使用壽命及可靠的安全性的要求[1-2]。為了滿足電動汽車續(xù)駛里程和加速功率的需求，車用鋰離子動力電池會通過串并聯(lián)的方式組成電池組。電池組內(nèi)數(shù)量龐大的鋰離子單電池在充放電的過程中會釋放大量的熱，這些熱量若不及時排出，則會導(dǎo)致單電池溫度過高，甚至引發(fā)熱失控，這就需要配備電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)以及時排出電池組內(nèi)產(chǎn)生熱量[3-4]。一個切實有效的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)依賴于對電池產(chǎn)熱情況的準(zhǔn)確判斷，除了通過實驗測得電池產(chǎn)熱規(guī)律外，熱模型由于成本低、周期短等優(yōu)點而得到越來越多的應(yīng)用。目前，大部分單電池?zé)崮Ｐ投际菍坞姵乜礊橐粋€均勻產(chǎn)熱的熱源，忽略了電池內(nèi)部產(chǎn)熱分布的不一致性[5-8]。而實際上，單電池是由電極卷繞或者多個電極層疊組成，由于電極極耳的集流作用，電極上產(chǎn)熱率分布是不均勻的 ，其勢必會對單電池溫度分布有重要影響[9-10]。
圖1 鋰離子結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 電池尺寸圖
以某款車用動力磷酸鐵鋰電池為研究對象，構(gòu)建二維電極電-熱模型研究產(chǎn)熱率在電極上的分布，并將其加載到三維單電池?zé)崮Ｐ椭?，同時獲得三維單電池?zé)崮Ｐ偷臏囟确植加成涞蕉S電極模型上，實現(xiàn)電極模型與單電池模型的耦合，進一步研究不同環(huán)境溫度時，單電池的產(chǎn)熱率及溫度分布。
1 模型構(gòu)建
研究對象為40Ah車用動力磷酸鐵鋰電池，圖1為其結(jié)構(gòu)示意圖。單電池內(nèi)的電芯是由“正極-隔膜-負極”依次疊加組成，圖2為電池正負電極尺寸圖。單電池各組成部分特征參數(shù)見表1，電極各組成部件物性參數(shù)見表2。
表1 單電池各組成部分特征參數(shù)
表2 電極各組成部件物性參數(shù)
1.1 二維電極電-熱模型
(1)電極電模型
由于隔膜厚度尺寸(0.048mm)相對于隔膜平面尺寸(168mm×94mm)極小，可假設(shè)正負電極極板間的電流垂直穿過隔膜，許多文獻也采用了類似的處理方法[11-12]。根據(jù)基爾霍夫電流定律，可得正負電極的電平衡方程式分別為：
(1)
(2)
(3)
(4)
其中：rp和rn分別為正極和負極的電阻，Ω；Vp和Vn分別為正極和負極的電壓，V。
電阻可通過下式計算得到：
(5)
其中：δc和δm分別為集流體和活性材料厚度，m；σc和σm分別為集流體和活性材料電導(dǎo)率，s·m-1。
穿過隔膜的電流密度J可由下式計算：
(6)
其中：Uoc為電池的開路電壓，V；R為電池內(nèi)阻與隔膜面積的乘積，Ω·m2。
正極極耳與集流體連接處邊界條件為：
(7)
其中：?/?n表示沿邊界法線方向的梯度；I0為放電電流，A；L為極耳寬度，m。
負極極耳與集流體連接處邊界條件為：
Vn=0
(8)
其余邊界邊界條件為：
(9)
通過實驗測得的電池開路電壓Uoc與電阻R隨放電深度DOD和溫度的變化分別如圖3、圖4所示。不同DOD和溫度之間的數(shù)值通過插值法計算得到并加載到仿真模型中。
(2)電極熱模型
根據(jù)Bernardi產(chǎn)熱模型[13]，電極放電時的產(chǎn)熱率q為：
(10)
其中：I為放電電流，A；V為體積，m3；T為電池溫度，K。通過實驗測得的溫熵系數(shù)dUoc/dT如圖5所示：
圖3 開路電壓隨放電深度DOD和溫度的變化
圖4 電阻隨放電深度DOD和溫度的變化曲線
圖5 溫熵系數(shù)隨放電深度DOD和溫度的變化
1.2 三維單電池?zé)崮Ｐ?/h3>
根據(jù)能量守恒定律，可得單電池的二維瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程為：
(11)
其中：qbat為單電池的總產(chǎn)熱率，W；ρ為電極密度，kg·m-3；CP為電極比熱容，J·kg-1·K-1；kx，ky，kz分別為單電池各組成部件在x、y和z方向的導(dǎo)熱系數(shù)，W·m-1·K-1。
單電池的總產(chǎn)熱率包括電芯產(chǎn)熱和正負極極柱和極耳產(chǎn)熱。
qbat=qcell+qca+qan
(12)
其中：qcell為電芯產(chǎn)熱率，W；qca為正極極柱和極耳產(chǎn)熱率，W；qan為負極極柱和極耳產(chǎn)熱率，W。
正負極極柱和極耳的產(chǎn)熱率可通過下式計算得到：
qca/an=I2Rca/an
(13)
其中：Rca/an問正極或負極的電阻，Ω。
單電池表面的邊界條件為：
qconv=h(T-Tamb)
(14)
其中：h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，設(shè)定為絕熱條件，故為0W·m-2·K-1；Tamb為環(huán)境溫度，K。
電芯是由多個電極層疊組成，其比熱容和各項導(dǎo)熱系數(shù)可有下列公式計算得到：
(15)
式中：m為電芯總質(zhì)量， kg；Ci表示各組成部分的比熱容， J·kg-1·K-1；mi表示各組成部分的質(zhì)量， kg。
各向?qū)嵯禂?shù)可通過下式計算：
(16)
(17)
(18)
式中：kx,cell、ky,cell、kz,cell分別代表電芯X、Y、Z方向上的導(dǎo)熱系數(shù)，W·m-1·K-1；δx、δy、δy分別代表電芯在X、Y、Z方向上的厚度；ki代表某材料的導(dǎo)熱系數(shù)；dδz,i、dδy,i、dδz,i分別代表某材料在X、Y、Z方向上的厚度。
1.3 模型耦合
三維單電池?zé)崮Ｐ陀嬎愕玫降碾娦緶囟确植佳仉娦竞穸确较?X方向)的平均值作為二維電極電-熱模型的輸入溫度。
(19)
二維電極電-熱模型計算得到的產(chǎn)熱率作為三維單電池模型電芯對應(yīng)位置出的產(chǎn)熱率。
q3D(X,Y,Z)=q2d(y,z)
(20)
2 電池產(chǎn)熱研究實驗
對于鋰離子電池而言，其在絕熱條件下的散熱條件無疑是惡劣的。采用ARC(絕熱加速量熱儀)對所研究的電池進行絕熱條件下1C放電和2C放電實驗，電池初始溫度分別為27℃和24.5℃，實驗過程中采集單電池在放電過程中的端電壓、溫升及平均產(chǎn)熱率等數(shù)據(jù)。該ARC采用“加熱-等待-搜索”的方式調(diào)整腔內(nèi)溫度與電池溫度保持精確一致，從而創(chuàng)造絕熱環(huán)境，電池產(chǎn)生的熱量全部用于自身加熱。測試現(xiàn)場如圖6所示，將被測電池樣品懸空置于絕熱加速量熱儀的容腔中，并在電池表面布置熱電偶獲得電池溫度。
圖6 電池產(chǎn)熱研究實驗測試現(xiàn)場
圖7 1C放電和2C放電實驗與仿真電池端電壓對比
圖8 1C放電和2C放電實驗與仿真電池溫升對比
3 模型驗證
3.1 二維電極電-熱模型驗證
比較1C放電和2C放電實驗與仿真得到的電池端電壓數(shù)據(jù)，如圖7所示，兩者最大誤差小于 0.05V，說明該模型可以準(zhǔn)確模擬單電池放電特性，驗證了二維電極電-熱模型中電模型的合理性。
圖9 1C放電和2C放電實驗與仿真平均產(chǎn)熱率對比
圖10 1C放電不同放電時間電極上的產(chǎn)熱率分布
3.2 三維單電池?zé)崮Ｐ万炞C
比較1C放電和2C放電實驗與仿真得到的電池溫升及平均產(chǎn)熱率數(shù)據(jù)，分別如圖8、9所示，可以發(fā)現(xiàn)，溫升及平均產(chǎn)熱率的實驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)誤差分別在5%以內(nèi)，說明該模型可以準(zhǔn)確模擬單電池產(chǎn)熱特性，驗證了單電池?zé)崮Ｐ偷暮侠硇浴?/p>
4 單電池產(chǎn)熱分析
4.1 電極產(chǎn)熱分布
圖10所示為1C放電180s、1800s、3420s時電極上的產(chǎn)熱率分布。在放電的初期，靠近極耳區(qū)域的產(chǎn)熱率大于遠離極耳區(qū)域的，而在放電后期，遠離極耳區(qū)域的產(chǎn)熱率大于靠近極耳區(qū)域的。造成這種現(xiàn)象的原因是電極上活性材料消耗率不均勻分布，靠近極耳區(qū)域的活性物質(zhì)在放電初期被優(yōu)先消耗，隨著放電時間的積累，導(dǎo)致遠離極耳區(qū)域的活性物質(zhì)多于靠近極耳區(qū)域的，直觀地表現(xiàn)就是內(nèi)阻大小的改變從而影響穿過隔膜電流密度的改變，導(dǎo)致產(chǎn)熱率的變化。
圖11 不同放電倍率放電終止時刻橫截面溫度分布
4.2 單電池溫度分布
圖11所示為1C放電和2C放電終止時刻單電池X方向中心橫截面上的溫度分布?？梢园l(fā)現(xiàn)，單電池的最高溫度位于單電池電芯的中心位置，且分布位置與單電池放電倍率無關(guān)，單電池電極產(chǎn)熱率的變化不會影響單電池溫度分布的變化。這主要是由于單電池電芯是一個不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)較低，同時它作為單電池的一個熱源在放電過程中會不斷向單電池外殼傳遞熱量，電芯靠近外殼區(qū)域產(chǎn)生的熱量可以較為快速的傳遞給外殼，而中心位置的熱量擴散較慢，隨放電時間不斷積累，導(dǎo)致中心位置區(qū)域溫升比邊緣區(qū)域的大。
圖12 不同放電倍率時電池平均溫升變化
圖13 不同放電倍率時電池最大溫差變化
圖12所示為1C放電和2C放電過程中單電池的平均溫升，圖13為最大溫差變化。比較平均溫升變化可以發(fā)現(xiàn)，單電池放電倍率越大，平均溫升越大。通過公式(10)，可以得知電池產(chǎn)熱率與電池放電電流的大小有關(guān)，放電倍率越大，產(chǎn)熱量越大，在絕熱條件下，單電池放電產(chǎn)生的熱量使電池溫度急劇上升。其中1C放電的最高平均溫升為9.91℃，2C放電的最高平均溫度溫升為19.47℃。動力電池在實際使用中復(fù)雜的放電工況對車用動力鋰離子熱管理系統(tǒng)提出更高的要求。比較溫差變化可以發(fā)現(xiàn)，單電池放電倍率越大，溫差越大。這主要是由于電芯是熱的不良導(dǎo)體，放電倍率越大產(chǎn)生的熱量越多，越容易聚集。在放電初期，溫差迅速增大，這是由于單電池各個部件中只有電芯、極耳和極柱產(chǎn)熱，外殼溫度的上升只能依靠其余部件的傳遞過來的熱量。在放電中期，產(chǎn)熱量變化很小，熱量傳遞也接近穩(wěn)態(tài)，溫差小范圍波動。而在放電末期，溫差再次增大，這是因為電芯在放電末期內(nèi)阻增大，產(chǎn)熱量增大導(dǎo)致的。
5 結(jié) 語
構(gòu)建了基于電極產(chǎn)熱分布的車用鋰離子動力電池?zé)崮Ｐ停ㄟ^實驗與仿真數(shù)據(jù)的對比驗證了該模型可以準(zhǔn)確模擬車用鋰離子動力電池在放電過程中的產(chǎn)熱及溫升過程。仿真結(jié)果表明產(chǎn)熱率在電極上的分布隨放電時間而變化；放電倍率對電池溫度分布規(guī)律沒有影響，中心區(qū)域溫度最高；放電倍率越大，單電池內(nèi)的溫差越大。
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(1.同濟大學(xué)新能源汽車工程中心，上海 201804；2.同濟大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804)
0 引 言
極發(fā)展純電動汽車成為應(yīng)對目前日益嚴峻的資源短缺和環(huán)境污染問題的重要解決方案。車用鋰離子動力電池作為純電動汽車的動力源，必須滿足高能量密度、長使用壽命及可靠的安全性的要求[1-2]。為了滿足電動汽車續(xù)駛里程和加速功率的需求，車用鋰離子動力電池會通過串并聯(lián)的方式組成電池組。電池組內(nèi)數(shù)量龐大的鋰離子單電池在充放電的過程中會釋放大量的熱，這些熱量若不及時排出，則會導(dǎo)致單電池溫度過高，甚至引發(fā)熱失控，這就需要配備電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)以及時排出電池組內(nèi)產(chǎn)生熱量[3-4]。一個切實有效的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)依賴于對電池產(chǎn)熱情況的準(zhǔn)確判斷，除了通過實驗測得電池產(chǎn)熱規(guī)律外，熱模型由于成本低、周期短等優(yōu)點而得到越來越多的應(yīng)用。目前，大部分單電池?zé)崮Ｐ投际菍坞姵乜礊橐粋€均勻產(chǎn)熱的熱源，忽略了電池內(nèi)部產(chǎn)熱分布的不一致性[5-8]。而實際上，單電池是由電極卷繞或者多個電極層疊組成，由于電極極耳的集流作用，電極上產(chǎn)熱率分布是不均勻的 ，其勢必會對單電池溫度分布有重要影響[9-10]。
圖1 鋰離子結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 電池尺寸圖
以某款車用動力磷酸鐵鋰電池為研究對象，構(gòu)建二維電極電-熱模型研究產(chǎn)熱率在電極上的分布，并將其加載到三維單電池?zé)崮Ｐ椭?，同時獲得三維單電池?zé)崮Ｐ偷臏囟确植加成涞蕉S電極模型上，實現(xiàn)電極模型與單電池模型的耦合，進一步研究不同環(huán)境溫度時，單電池的產(chǎn)熱率及溫度分布。
1 模型構(gòu)建
研究對象為40Ah車用動力磷酸鐵鋰電池，圖1為其結(jié)構(gòu)示意圖。單電池內(nèi)的電芯是由“正極-隔膜-負極”依次疊加組成，圖2為電池正負電極尺寸圖。單電池各組成部分特征參數(shù)見表1，電極各組成部件物性參數(shù)見表2。
表1 單電池各組成部分特征參數(shù)
表2 電極各組成部件物性參數(shù)
1.1 二維電極電-熱模型
(1)電極電模型
由于隔膜厚度尺寸(0.048mm)相對于隔膜平面尺寸(168mm×94mm)極小，可假設(shè)正負電極極板間的電流垂直穿過隔膜，許多文獻也采用了類似的處理方法[11-12]。根據(jù)基爾霍夫電流定律，可得正負電極的電平衡方程式分別為：
(1)
(2)
(3)
(4)
其中：rp和rn分別為正極和負極的電阻，Ω；Vp和Vn分別為正極和負極的電壓，V。
電阻可通過下式計算得到：
(5)
其中：δc和δm分別為集流體和活性材料厚度，m；σc和σm分別為集流體和活性材料電導(dǎo)率，s·m-1。
穿過隔膜的電流密度J可由下式計算：
(6)
其中：Uoc為電池的開路電壓，V；R為電池內(nèi)阻與隔膜面積的乘積，Ω·m2。
正極極耳與集流體連接處邊界條件為：
(7)
其中：?/?n表示沿邊界法線方向的梯度；I0為放電電流，A；L為極耳寬度，m。
負極極耳與集流體連接處邊界條件為：
Vn=0
(8)
其余邊界邊界條件為：
(9)
通過實驗測得的電池開路電壓Uoc與電阻R隨放電深度DOD和溫度的變化分別如圖3、圖4所示。不同DOD和溫度之間的數(shù)值通過插值法計算得到并加載到仿真模型中。
(2)電極熱模型
根據(jù)Bernardi產(chǎn)熱模型[13]，電極放電時的產(chǎn)熱率q為：
(10)
其中：I為放電電流，A；V為體積，m3；T為電池溫度，K。通過實驗測得的溫熵系數(shù)dUoc/dT如圖5所示：
圖3 開路電壓隨放電深度DOD和溫度的變化
圖4 電阻隨放電深度DOD和溫度的變化曲線
圖5 溫熵系數(shù)隨放電深度DOD和溫度的變化
1.2 三維單電池?zé)崮Ｐ?/h3>
根據(jù)能量守恒定律，可得單電池的二維瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程為：
(11)
其中：qbat為單電池的總產(chǎn)熱率，W；ρ為電極密度，kg·m-3；CP為電極比熱容，J·kg-1·K-1；kx，ky，kz分別為單電池各組成部件在x、y和z方向的導(dǎo)熱系數(shù)，W·m-1·K-1。
單電池的總產(chǎn)熱率包括電芯產(chǎn)熱和正負極極柱和極耳產(chǎn)熱。
qbat=qcell+qca+qan
(12)
其中：qcell為電芯產(chǎn)熱率，W；qca為正極極柱和極耳產(chǎn)熱率，W；qan為負極極柱和極耳產(chǎn)熱率，W。
正負極極柱和極耳的產(chǎn)熱率可通過下式計算得到：
qca/an=I2Rca/an
(13)
其中：Rca/an問正極或負極的電阻，Ω。
單電池表面的邊界條件為：
qconv=h(T-Tamb)
(14)
其中：h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，設(shè)定為絕熱條件，故為0W·m-2·K-1；Tamb為環(huán)境溫度，K。
電芯是由多個電極層疊組成，其比熱容和各項導(dǎo)熱系數(shù)可有下列公式計算得到：
(15)
式中：m為電芯總質(zhì)量， kg；Ci表示各組成部分的比熱容， J·kg-1·K-1；mi表示各組成部分的質(zhì)量， kg。
各向?qū)嵯禂?shù)可通過下式計算：
(16)
(17)
(18)
式中：kx,cell、ky,cell、kz,cell分別代表電芯X、Y、Z方向上的導(dǎo)熱系數(shù)，W·m-1·K-1；δx、δy、δy分別代表電芯在X、Y、Z方向上的厚度；ki代表某材料的導(dǎo)熱系數(shù)；dδz,i、dδy,i、dδz,i分別代表某材料在X、Y、Z方向上的厚度。
1.3 模型耦合
三維單電池?zé)崮Ｐ陀嬎愕玫降碾娦緶囟确植佳仉娦竞穸确较?X方向)的平均值作為二維電極電-熱模型的輸入溫度。
(19)
二維電極電-熱模型計算得到的產(chǎn)熱率作為三維單電池模型電芯對應(yīng)位置出的產(chǎn)熱率。
q3D(X,Y,Z)=q2d(y,z)
(20)
2 電池產(chǎn)熱研究實驗
對于鋰離子電池而言，其在絕熱條件下的散熱條件無疑是惡劣的。采用ARC(絕熱加速量熱儀)對所研究的電池進行絕熱條件下1C放電和2C放電實驗，電池初始溫度分別為27℃和24.5℃，實驗過程中采集單電池在放電過程中的端電壓、溫升及平均產(chǎn)熱率等數(shù)據(jù)。該ARC采用“加熱-等待-搜索”的方式調(diào)整腔內(nèi)溫度與電池溫度保持精確一致，從而創(chuàng)造絕熱環(huán)境，電池產(chǎn)生的熱量全部用于自身加熱。測試現(xiàn)場如圖6所示，將被測電池樣品懸空置于絕熱加速量熱儀的容腔中，并在電池表面布置熱電偶獲得電池溫度。
圖6 電池產(chǎn)熱研究實驗測試現(xiàn)場
圖7 1C放電和2C放電實驗與仿真電池端電壓對比
圖8 1C放電和2C放電實驗與仿真電池溫升對比
3 模型驗證
3.1 二維電極電-熱模型驗證
比較1C放電和2C放電實驗與仿真得到的電池端電壓數(shù)據(jù)，如圖7所示，兩者最大誤差小于 0.05V，說明該模型可以準(zhǔn)確模擬單電池放電特性，驗證了二維電極電-熱模型中電模型的合理性。
圖9 1C放電和2C放電實驗與仿真平均產(chǎn)熱率對比
圖10 1C放電不同放電時間電極上的產(chǎn)熱率分布
3.2 三維單電池?zé)崮Ｐ万炞C
比較1C放電和2C放電實驗與仿真得到的電池溫升及平均產(chǎn)熱率數(shù)據(jù)，分別如圖8、9所示，可以發(fā)現(xiàn)，溫升及平均產(chǎn)熱率的實驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)誤差分別在5%以內(nèi)，說明該模型可以準(zhǔn)確模擬單電池產(chǎn)熱特性，驗證了單電池?zé)崮Ｐ偷暮侠硇浴?/p>
4 單電池產(chǎn)熱分析
4.1 電極產(chǎn)熱分布
圖10所示為1C放電180s、1800s、3420s時電極上的產(chǎn)熱率分布。在放電的初期，靠近極耳區(qū)域的產(chǎn)熱率大于遠離極耳區(qū)域的，而在放電后期，遠離極耳區(qū)域的產(chǎn)熱率大于靠近極耳區(qū)域的。造成這種現(xiàn)象的原因是電極上活性材料消耗率不均勻分布，靠近極耳區(qū)域的活性物質(zhì)在放電初期被優(yōu)先消耗，隨著放電時間的積累，導(dǎo)致遠離極耳區(qū)域的活性物質(zhì)多于靠近極耳區(qū)域的，直觀地表現(xiàn)就是內(nèi)阻大小的改變從而影響穿過隔膜電流密度的改變，導(dǎo)致產(chǎn)熱率的變化。
圖11 不同放電倍率放電終止時刻橫截面溫度分布
4.2 單電池溫度分布
圖11所示為1C放電和2C放電終止時刻單電池X方向中心橫截面上的溫度分布?？梢园l(fā)現(xiàn)，單電池的最高溫度位于單電池電芯的中心位置，且分布位置與單電池放電倍率無關(guān)，單電池電極產(chǎn)熱率的變化不會影響單電池溫度分布的變化。這主要是由于單電池電芯是一個不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)較低，同時它作為單電池的一個熱源在放電過程中會不斷向單電池外殼傳遞熱量，電芯靠近外殼區(qū)域產(chǎn)生的熱量可以較為快速的傳遞給外殼，而中心位置的熱量擴散較慢，隨放電時間不斷積累，導(dǎo)致中心位置區(qū)域溫升比邊緣區(qū)域的大。
圖12 不同放電倍率時電池平均溫升變化
圖13 不同放電倍率時電池最大溫差變化
圖12所示為1C放電和2C放電過程中單電池的平均溫升，圖13為最大溫差變化。比較平均溫升變化可以發(fā)現(xiàn)，單電池放電倍率越大，平均溫升越大。通過公式(10)，可以得知電池產(chǎn)熱率與電池放電電流的大小有關(guān)，放電倍率越大，產(chǎn)熱量越大，在絕熱條件下，單電池放電產(chǎn)生的熱量使電池溫度急劇上升。其中1C放電的最高平均溫升為9.91℃，2C放電的最高平均溫度溫升為19.47℃。動力電池在實際使用中復(fù)雜的放電工況對車用動力鋰離子熱管理系統(tǒng)提出更高的要求。比較溫差變化可以發(fā)現(xiàn)，單電池放電倍率越大，溫差越大。這主要是由于電芯是熱的不良導(dǎo)體，放電倍率越大產(chǎn)生的熱量越多，越容易聚集。在放電初期，溫差迅速增大，這是由于單電池各個部件中只有電芯、極耳和極柱產(chǎn)熱，外殼溫度的上升只能依靠其余部件的傳遞過來的熱量。在放電中期，產(chǎn)熱量變化很小，熱量傳遞也接近穩(wěn)態(tài)，溫差小范圍波動。而在放電末期，溫差再次增大，這是因為電芯在放電末期內(nèi)阻增大，產(chǎn)熱量增大導(dǎo)致的。
5 結(jié) 語
構(gòu)建了基于電極產(chǎn)熱分布的車用鋰離子動力電池?zé)崮Ｐ停ㄟ^實驗與仿真數(shù)據(jù)的對比驗證了該模型可以準(zhǔn)確模擬車用鋰離子動力電池在放電過程中的產(chǎn)熱及溫升過程。仿真結(jié)果表明產(chǎn)熱率在電極上的分布隨放電時間而變化；放電倍率對電池溫度分布規(guī)律沒有影響，中心區(qū)域溫度最高；放電倍率越大，單電池內(nèi)的溫差越大。
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