純電動汽車磷酸鐵鋰電池的熱特性參數(shù)辨識和熱仿真分析

劉楊，趙中閣

（中國航空綜合技術研究所，北京 100028）

引言

溫度影響著磷酸鐵鋰電池的性能、安全性和壽命。溫度過高不僅會損壞磷酸鐵鋰電池的使用壽命，還會造成磷酸鐵鋰電池的熱失控，導致車輛起火，危及乘客的安全[1]。安全性是電動汽車的基本要求。因此有必要對磷酸鐵鋰電池的熱特性進行分析，提高電池的散熱能力。

熱仿真已經(jīng)成為研究鋰離子電池熱問題的主要方法之一。建立準確的熱模型，有利于高效地獲得電池的熱特性，進而進行精確的電池熱設計。磷酸鐵鋰電池的主要發(fā)熱組成為可逆熱和不可逆熱兩部分[2]。充放電過程中的熵系數(shù)影響著可逆熱，而電極的極化熱決定著不可逆熱。磷酸鐵鋰電池熱物理參數(shù)的準確識別對電池熱仿真的準確性也起著關鍵作用[3]。電池熱試驗驗證方面的研究較少，仿真方法基本上都是利用ANSYS 軟件[4-6]。

電池熱模型用來表示電池的發(fā)熱、傳熱和散熱結構以及電池內(nèi)部溫度場的實時變化情況。本文以典型的磷酸鐵鋰電池為例，利用電池的結構以及發(fā)熱、傳熱和散熱機理，結合Bernardi模型，推導充電過程中電池發(fā)熱率表達式。然后利用UG軟件對電池進行結構模型的建立，并用FloTHERM軟件進行仿真分析。通過與試驗結果的比較，驗證了熱效應模型和熱仿真模型的準確性。在此基礎上，分析了不同冷卻方式對磷酸鐵鋰電池散熱能力的影響，可為磷酸鐵鋰電池散熱的優(yōu)化設計提供指導。

1 鋰電池基本熱特性分析

本研究分析的對象為某型號22 Ah磷酸鐵鋰電池單體，鋰電池電芯尺寸參數(shù)為：200 mm×180 mm×7.7 mm。……