锂离子电池的热特性研究

论文摘要

随着现代科技的高速发展和能源与环境问题的日益突出,对化学电源的性能要求越来越高,锂离子电池以其高工作电压、高能量密度、长循环寿命、无环境污染等优势而成为人们的首选,但锂离子电池的火灾爆炸是其应用的主要障碍。因此在锂离子电池的设计中,其热行为是首要考虑的问题。锂离子电池需要一个充分维护的温度环境来保证其长时间可靠工作,如果温度过高,不仅加速电池性能的衰降和老化,严重时还会引起爆炸;温度过低,电池的阻抗增加以致不能很好的工作。为了确保锂离子电池在使用中的安全可靠,必需充分认识电池工作时的热现象和热机理。本文利用真空绝热罐测量了电池的比热和四种工况下的发热量;利用自动充放电仪（ARBINBT2000）比较了电流、温度、充电状态和新旧程度对电池热特性的影响;通过电流阶跃法和交流阻抗法测试了电池的阻抗值,以分析导致电池热特性变化的主要因素;最后采用温度传感器预埋法,研究了工作时电池芯内部、外部的温度变化和差距,为电池的散热设计提供了数据依据。研究结果表明:电池阻值变化是导致热特性变化的主要因素。放电末尾阶段电池的发热量大;充电起始阶段表现为吸热,随后表现为放热;恒流充电阶段的发热功率大于恒压阶段的发热功率,当恒压充电电流降至一定值（0.25C）时,电池表现为吸热;环境温度越低、电流越大、荷电态越低、电池越旧,电池的发热量越大。常温条件下,电池以中、低倍率电流放电,发热量与电流基本呈线性关系;低温条件下（0℃～-40℃）,电池放电时的容量和电压并不随着电流的增大和温度的降低而减小,这是由于电池的发热量使其内部温度升高造成的。电池在充电过程中的温升值和内外温差均小于放电时的温度差,在低于1C放电时,电池的内部温度升高值小于1.25℃/Ah,内、外温度差小于0.19℃/Ah,电池在循环充电过程中内部热量会积累,所以在电池组的设计中要进行合理的热管理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池的发展概述
• 1.2 锂离子电池的工作原理
• 1.3 锂离子电池的特性
• 1.4 锂离子电池的应用
• 1.4.1 便携式产品应用
• 1.4.2 动力汽车电源应用
• 1.4.3 军事武器方面应用
• 1.4.4 空间电源应用
• 1.5 锂离子电池的安全性
• 1.6 锂离子电池的热行为研究
• 1.7 锂离子电池的发热量
• 1.8 电池热量的扩散
• 1.9 目前研究的不足
• 1.10 课题研究的意义及内容
• 第二章 真空绝热条件下锂离子电池热参数分析
• 2.1 实验
• 2.1.1 实验原理
• 2.1.2 电池样品
• 2.1.3 实验设备和仪器
• 2.1.4 试验方法
• 2.1.5 实验安排
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 比热
• 2.2.2 放（吸）热量
• 2.3 本章小结
• 第三章 锂离子电池正常工作时的热特性
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 样品电池
• 3.1.2 试验仪器和设备
• 3.1.3 试验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 影响电池热特性的因素分析
• 3.2.2 影响电池热特性变化的机理分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 电池内部的温度测量
• 4.1 试验
• 4.1.1 试验方法
• 4.1.2 试验仪器设备
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 充电时的温度分布
• 4.2.2 放电时的温度分布
• 4.2.3 循环测试时的温度分布
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 本研究主要结论
• 5.2 主要创新之处
• 5.3 不足与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢