鋰離子電池的極化內(nèi)阻是不可逆熱測試的關(guān)鍵參數(shù)。為了更準確地計算極化內(nèi)阻，針對三元軟包鋰離子動力鋰電池，進行了HPPC測試、熵熱系數(shù)測試、充放電溫升測試，采用兩種方法對極化內(nèi)阻進行了計算，一種是通過電壓變化量除以電流得到，另一種是通過建立二階RC模型，結(jié)合HPPC測試工況辨識得到。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電池進行了1C充電和0.5C、1C、2C放電下的溫度場仿真，并與紅外熱成像儀記錄到的溫度分布進行了比較。結(jié)果表明：根據(jù)二階RC模型得到的極化內(nèi)阻進行的仿真與實驗數(shù)據(jù)吻合較好，說明利用二階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信息，對電池熱分析及熱管理可起到指導用途。1鋰離子電池生熱原理

2動力鋰電池熱特性實驗

2.1研究對象

本課題所研究的電池為36Ah三元軟包鋰離子動力鋰電池，正極材料為Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2，負極材料為石墨，最大持續(xù)放電電流為2C(72A)。

圖1鋰離子電池單體

表1鋰離子動力鋰電池規(guī)格參數(shù)表

參數(shù)

規(guī)格

正極極耳材料

Al

負極極耳材料

Cu

電芯尺寸(長×寬×厚)/mm

227×162×8

正極極耳(長×寬×厚)/mm

50×15×0.5

負極極耳(長×寬×厚)/mm

45×15×0.3

重量/g

609

標稱電壓/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/Ah

36

2.2動力鋰電池HPPC測試

對鋰離子電池內(nèi)阻的測試，采用美國《FreedomCAR電池測試手冊》中的HPPC測試方法。

圖2HPPC脈沖電流/電壓曲線

2.3熵熱系數(shù)測試

對熵熱系數(shù)(dE/dT)的測試，是通過在不同溫度和不同荷電狀態(tài)下測試開路電壓得到。

圖3熵熱系數(shù)隨SOC的變化曲線

2.4充放電溫升測試

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，計算量更小且誤差相差不大，能夠較準確地模擬電池的各種特性。

3.3模型驗證

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電池熱物性參數(shù)的確定

4.4電池熱載荷和定解條件

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)上進行了溫度場仿真，所得結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，得出以下結(jié)論：

（1）鋰離子電池在持續(xù)充放電過程中極化達到了最大，利用HPPC測試計算得到的極化內(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)阻進行的仿真與實驗數(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，隨著充放電倍率的新增，電池的最大溫升和溫差均增大。