摘要
钛酸锂电池具有容量高、大倍率充放、安全性能好、寿命长等一系列优点，目前得到了国内外广泛关注。但是由于工作环境温度对电池的运行性能影响较大，温度过高或过低都会对电池造成不可逆的损害，且钛酸锂电池往往都是以成组的形式存在的，电池模组中每块电池传热效率的不一致性会导致各个电池的温度不均匀，并随着工作时间的增加造成电池内部有较大温度差。温度作为影响钛酸锂电池性能的一个重要因素，温差过大会影响电池的性能和寿命，甚至会出现严重的安全事故。因此，掌握电池单体和模组温度分布特性至关重要。为此，本文基于电化学-热耦合模型开展钛酸锂电池组热分布研究，主要包括以下内容。 (1)以钛酸锂电池单体为研究对象，在不同放电倍率、不同放电深度的条件下，通过钛酸锂电池单体一维电化学模型的产热率和三维热模型温度相互作用的关系，建立钛酸锂电池电化学-热耦合模型。首先，分析了钛酸锂电池单体在不同倍率和放电深度下的电特性与热特性；其次，分析了钛酸锂电池单体在不同温度下的容量特性。通过仿真和实验验证了模型的合理性和准确性，同时得到了钛酸锂电池单体在不同温度下的容量特性和不同倍率下的温度分布特性。 (2)以8块单体串联成组的20Ah钛酸锂电池模组为研究对象，考虑到电池模组间各个单体电池传热不同建立的钛酸锂电池模组的电化学-热耦合模型，对标称容量为20Ah的模组进行三维温度场的瞬态仿真，通过对比分析得到放电深度、放电倍率等因素对模组温度场的影响规律。同时，在保证工况完全相同的条件下对模组进行温升特性实验，仿真与实验结果均表明模组随着放电深度和放电倍率的不断增加，模组温度升高的越明显，其热点值也越来越高。 (3)以8块单体串联成组的20Ah钛酸锂电池模组为研究对象，考虑到钛酸锂电池模组在不同放电倍率、不同放电深度的情况下电池内部温度差值较大，首先，通过设计水冷板的冷却流道并改变流道内液体温度，建立了含冷却系统的钛酸锂电池模组模型；其次，分析了含冷却系统的钛酸锂电池模组在不同放电倍率、不同放电深度下的温度分布。通过仿真和实验并对比分析得出了含冷却系统的钛酸锂电池模组的温度分布更加均匀。
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