鋰離子電池組是有望在新能源汽車、智能電網等領域中大規(guī)模應用的儲能裝置之一，但目前仍有許多問題亟待解決。其中，單電池參數的不一致性是影響電池組使用壽命的關鍵因素，熱管理是保證電池組安全運行的重要手段，對兩者的深入研究有助于電池組在各領域的應用。 以某商業(yè)化的磷酸鐵鋰電池為樣品，我們建立了單電池等效電路模型。該模型考慮了電池的阻抗特性隨荷電狀態(tài)及溫度的變化，并考慮了開路電壓的滯后效應。因此，在保持等效電路模型計算快捷這一優(yōu)點的同時，該模型在較寬的溫度和倍率范圍內都具有很高的模擬精度。這一模型是后續(xù)建立電池組模型以分析不一致性影響的基礎。 我們模擬了采用不同連接方式的電池組在不一致性影響下的不同表現，并選出了一個合適的連接成組方式以盡量避免不一致性的不利影響。對采用先串后并與先并后串這兩種連接方式的電池組的模擬研究表明，在相同程度的不一致性影響下，前者的續(xù)航能力更弱，但循環(huán)壽命更長。考慮電池組續(xù)航與循環(huán)壽命之間的平衡，我們選擇了一種新的電池連接成組方式，即單電池先串聯成電池單元、電池單元再并聯成電池模塊、電池模塊最后串聯成電池組。該方式有利于避免不一致性的不利影響。 通過對一個10串10并電池組的模擬，我們闡明了電池組內的溫度分布對其性能與循環(huán)壽命的影響。平均溫度越低，溫度不均勻程度越高，電池組內單電池放電深度的不一致性越高；平均溫度越高，溫度不均勻程度越高，電池組循環(huán)壽命越短。值得注意的是，，不均勻的溫度分布會導致并聯支路間電流分配不均，從而惡化單電池老化速率的一致性。利用該模型，我們對電池組溫控目標進行了討論。結果表明，對于一個連續(xù)的充放電循環(huán)過程，電池組的整體溫度應當控制在20°C，而組內最大允許溫差可放寬至10°C。 在電池組熱管理方面，我們提出了一種對并行式空冷電池組內部的流場與溫度場進行快捷估算的方法。該方法由流動阻力網絡模型和暫態(tài)傳熱模型組成，避免了計算流體動力學方法用于模擬大型電池組時計算量過大的問題，同時保證了很高的估算精度。利用這一方法，我們考察了不均勻的流場對電池組內溫度均勻性的影響，并以提高溫度均勻性為目標，對空冷系統的結構參數進行了討論，給出了一個可行的參數配置方案。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM912

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本文編號：2272938