锂离子电池充放电过程中的热特性研究
锂电池充放电特性分析和测试
论著锂电池充放电特性分析和测试徐 进（苏州经贸职业技术学院机电系，江苏 苏州 ２１５００９） 摘 要：简要分析了锂电池的充放电特性，为测试提供了测试参数，讨论了锂电池容量的测试依据，并测试了某品牌 １０００ｍＡｈ的锂电池充放电特性以及其容量，为锂电池的快速检测提供了一种测试参数设置依据。
关键词：锂电池；充电特性；放电特性；锂电池检测 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．３３．００２ Charge and Discharge Characteristics of Lithium-ion Battery XU Jin (Electronic Department,Suzhou Institute of Trade & Commerce,Suzhou,Jiangsu 215009) Abstract:Based on the brief analysis on the charge and discharge characteristics of lithium-ion battery,the capacity of lithium-ion battery was discussed based on the test of a certain brand 1000mAh Li-ion battery.It provided a rapid testing parameters for Li-ion battery. Key words:Lithium-ion battery;Charge characteristics;Discharge characteristics;Lithium-ion battery testing１引言最早应用的方法是通过监视电池开路电压来获得剩余 容量。
这是因为电池端电压和剩余容量之间有一个确定的 关系，测量电池端电压即可估算其剩余容量。
锂离子电池电-热-机耦合特性实验研究及关键参数辨识
锂离子电池电-热-机耦合特性实验研究及关键参数辨识张立军;程洪正;孟德建【摘要】针对锂离子电池的电-热-机耦合特性,设计了一套耦合特性综合测试系统,进行了电池不同倍率充放电工况下电-热-机耦合特性的测试与分析,以探究电池电特性、形变、温度的时间演变规律与空间分布特性,可以得到电池荷电状态(state of charge,SOC)-形变曲线具有明显的分段特性,可以辅助磷酸铁锂电池SOC估计的修正.基于该系统测试结果研究了电池充放电过程形变产生的机理,并进行了电池热膨胀系数的参数辨识.实验结果表明:高倍率放电时,在放电初期和中期电池边缘部分膨胀,放电后期收缩,而中心位置在放电初期和中期收缩,后期膨胀;低倍率放电时,电池表现为放电初期和后期整体收缩,中期整体膨胀.研究结果可为电池内部电-热-机耦合特性的理论分析与测试管理提供依据.%The coupling mechanism of ETSS fields (electro-chemical field,temperature field and strain-stress field) is a hot spot in the lithium-ion battery design and management researches.A novel instrument is designed to simultaneously obtain the thermal,electric and mechanical behaviors of the battery under charge and discharge operations and to further ascertain the characteristics in both spatial and temporal domains.Conclusion is drawn that the battery deformation curve has an obvious piecewise characteristic related to SOC (state of charge),and can be used to aid in the modification of the SOC estimation method for LiFePO4 battery.Based on the test results,the mechanism of battery deformation under charge and discharge is further investigated and the key parameter of thermal expansion coefficient is identified.The result shows that when discharge is at a high rate,the battery expandsduring the initial and middle stages,then shrinks during the final stage in the edge area,while battery shrinks during the initial and middle stages and expands during the final stage in the center area,and that when discharge is at a low rate,the battery shrinks during the initial and middle stages but expands in the final stage in both the edge and the center areas.These results may provide a basis for theoretical analysis,testing and management of battery ETSS fields.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2017(051)008【总页数】7页(P142-148)【关键词】锂离子电池;电-热-机耦合特性;电池热膨胀;参数辨识【作者】张立军;程洪正;孟德建【作者单位】同济大学汽车学院,201804,上海;同济大学智能型新能源汽车协同创新中心,201804,上海;同济大学汽车学院,201804,上海;同济大学智能型新能源汽车协同创新中心,201804,上海;同济大学汽车学院,201804,上海;同济大学智能型新能源汽车协同创新中心,201804,上海【正文语种】中文【中图分类】U463.51动力电池是电动汽车的最核心部件之一,近年来,锂离子电池因其优异的综合性能倍受关注[1]。
锂离子电池可逆与不可逆生热特性研究
锂离子电池可逆与不可逆生热特性研究可逆生热特性是指在电池充放电过程中，由于电化学反应释放或吸收的热量可以完全利用的特性。
锂离子电池的可逆生热主要来自于锂的离子在正负极之间的迁移和嵌入/脱嵌过程中的电化学反应。
在充电过程中，锂离子从正极向负极迁移，同时通过化学反应与负极材料发生嵌入反应；在放电过程中，锂离子从负极向正极迁移，同时与正极材料发生脱嵌反应。
这些电化学反应释放或吸收的热量可以通过设计合适的散热系统进行控制和利用，以提高电池的能量效率。
不可逆生热特性是指在充放电过程中无法完全利用的热量。
不可逆生热主要来自于电池的内阻和电化学反应的不完全转化。
电池内阻会导致在充放电过程中产生大量的电阻热，这部分热量无法被利用，并会引起电池温升。
此外，电化学反应的不完全转化也会导致能量的损耗并产生额外的热量。
不可逆生热特性对电池的性能和安全性有着重要的影响。
首先，不可逆生热会导致电池温升，这可能引起热失控和安全问题。
其次，不可逆生热也会减少电池的可用能量，并降低电池的能量效率。
为了降低不可逆生热特性，可以采取以下措施。
首先，改进电池的设计，减小电池的内阻，以减少由于电阻热引起的能量损耗。
其次，优化电池的材料选择和制备工艺，提高电化学反应的转化效率。
此外，设计合理的散热系统，将电池产生的热量有效地散发出去，也是降低不可逆生热特性的关键。
在锂离子电池的研究中，对于可逆和不可逆生热特性的研究可以通过热分析技术（如差示扫描量热仪）和数值模拟方法来进行。
通过这些方法，可以测量和分析锂离子电池在不同充放电条件下的热量释放情况，并找到减少不可逆生热的途径。
总之，锂离子电池的可逆和不可逆生热特性对电池的性能和安全性有着重要的影响。
通过对其研究，可以提高电池的能量效率和使用寿命，并为电池的设计和制造提供指导。
锂电池充放电产热测试方法_解释说明以及概述
锂电池充放电产热测试方法解释说明以及概述1. 引言1.1 概述锂电池作为一种重要的电能存储设备，在电动汽车、可再生能源等领域具有广泛的应用前景。
然而，随着锂电池工作时产生的热量也越来越引起人们的关注。
充放电过程中产生的热量是导致锂电池衰老和故障的主要原因之一。
因此，准确地测量和控制锂电池充放电过程中的产热情况对于确保其安全性、提高其性能以及延长使用寿命至关重要。
本文旨在介绍锂电池充放电产热测试方法，包括充电和放电过程中产热测试方法、重要参数和测量设备等方面的内容。
通过详细解释说明这些方法和相关参数，我们希望能够为进一步改善锂电池设计与优化提供参考，并促进锂电池技术的发展。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，每个部分涵盖了不同方面的内容。
第一部分是引言部分，将对整篇文章进行概述并介绍其结构。
第二部分是锂电池充放电产热测试方法解释说明，将详细介绍充电和放电过程中的产热测试方法，并对重要参数和测量设备进行解释，以帮助读者更好地理解和应用这些方法。
第三部分是锂电池充放电产热测试方法概述，将介绍这些方法在实际应用领域的重要性以及其发展背景和现状。
同时，我们也将讨论目前存在的问题和挑战。
第四部分是实验设计与步骤探讨，将深入探讨锂电池充放电产热测试方法的实验设计和步骤。
包括实验样品制备、测试设备准备与校准、以及充放电过程监测、数据获取与分析方法等。
最后一部分是结论与未来展望，在这一部分中，我们将总结本文的主要发现并提出局限性和改进建议。
此外，我们还将对未来发展方向进行展望，并进行推测分析。
1.3 目的本文旨在通过详细阐述锂电池充放电过程中产热情况的测试方法并对相关参数和测量设备进行解释说明，为读者提供一个全面而清晰的了解。
通过这些方法的介绍，我们希望能够促进锂电池产热测试技术的发展，并进一步改善锂电池设计和优化。
最终实现对锂电池充放电过程中产热情况的准确测量与控制，提高锂电池的安全性、性能和使用寿命。
2. 锂电池充放电产热测试方法解释说明：2.1 充电产热测试方法：锂电池的充电过程中，由于内部化学反应、材料特性和能量转换的原因，会产生一定数量的热量。
电动汽车锂离子电池的生热特性
同时 电动 汽车 上 的 锂 离子 电池 工 作 环境 相 对 恶 劣 ， 不 池的平均 电压会与开路电压有所偏差 ，这种偏差也将 确 定工 况 多 ，因此 有必 要 对 电池单 体工 作状 态 的生热 会导 致热 量 的产 生 ，这部 分热 量用 Ｑ 表示 ，。 。 Ｑ 在充 放
摘要 ： 对锂 离子 电池生热特性 的研 究是 电动汽车动 力电池热管理设计的基础 。文章以电动汽车用 ｌ ｈ电池单体为例 ， １Ａ・
进 行 有 限 元 建模 分析 ， 比较 了它在 不 同环 境 温 度 下 的 生 热特 性 。 经过 试 验 验 证 ， 试 结 果 与 仿 真 分析 相符 合 ， 电 池在 环 测 该
情况进行研究 ，为合理匹配电池热管理系统提供数据 电的时候都为正值 ；） ３由于电池内部的电阻产生的热量 ，
支持。
这部分热量用 Ｑ 表示 ，在充放 电的过程 中 Ｑ 都为正
境温度为一 ０ ４ ２ ～ ０℃时 以 １ Ｃ放 电终止 ， 温升为 ２ ０℃左右 。 出由于该 电池推 荐工作 温度为 ３ ～ ５ｃ 因此使用时 电池外 指 ０ ５ Ｃ，
部 应 配有 加 热 系统 ； 电池 放 电倍 率 始终 小 于 １ 时 ， 不 配置 强制 冷 却 系统 。 当 Ｃ 可
ｂ ｌｏ ａｅ ｅ ａ ｌｃ ｔｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ：Ｅｌ ｃ ｒｃ ｖ ｈｉ ｌ ｄｓ ｅ ｔ ｉ ｅ ｃｅ；Ｌｉｈｉ －ｉｎ ｔｅ ｙ；Ｔｈｅ ｍ ａｌａｎ ｙｓｓ ｔ ｕｍ ｏ ｂａ ｔ ｒ ｒ ａｌ ｉ
与 铅酸 和镍 氢 电池相 比较 ，锂离 子 电池 具有 安 全 等ｎ ａ ａｙ ｉ ｉ ｃ ｎ ｉｔｎ ｉ ｅ ｔ ｒ ｓ ｌ ．Ａｔ ｔ ｅ ａ ｉ ｎ ｅ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｆ一 ０￣ ０ ℃ ，ｔ ｅ ｂ ｔ ｒ ｓ ｅ ｉ ｃ ｔ ．ｓｍｕ ａｉ ｎ ｌｓｓ ｓ ｏ ｓｓ ｔ ｗ ｔ ｔｓ ｅ ｕ ｔ ｉ ｏ ｏ ｅ ｈ ｓ ｈ ｍｂ ａ ｃ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｏ ２ ４ ｈ ａｔ ｙ ｉ ｅ
锂离子动力电池高频脉冲下的热行为分析
锂离子动力电池高频脉冲下的热行为分析锂离子动力电池高频脉冲下的热行为分析步骤一：引言锂离子动力电池作为当前最主要的电动车辆能源储存技术之一，在高频脉冲充电和放电过程中，热行为是一个重要的研究领域。
本文将根据锂离子动力电池在高频脉冲下的热行为进行分析，并逐步展开。
步骤二：锂离子动力电池工作原理首先，我们需要了解锂离子动力电池的工作原理。
锂离子电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。
在充电过程中，锂离子从正极通过电解质移动到负极，放电过程中则相反。
这种离子的迁移导致了电池的电荷和放电。
在高频脉冲下，电池内部将会产生热量。
步骤三：高频脉冲充电和放电过程当锂离子动力电池在高频脉冲充电和放电过程中，会受到更快速的电荷和放电。
这种高频脉冲的特性使得电池内部的热量产生更加复杂。
在充电过程中，电池内部会受到大量的电流输入，导致内部电阻升高，产生热能。
类似地，在放电过程中，电池会快速释放能量，产生热量。
步骤四：热建模为了更好地理解锂离子动力电池在高频脉冲下的热行为，可以通过热建模来进行分析。
热建模是用来描述电池内部的热传导和热扩散过程的数学模型。
通过该模型，我们可以得到电池内部的温度分布和热量的传递路径。
步骤五：热管理策略在高频脉冲下，电池内部的热量产生和传递会更加复杂和快速。
因此，需要采取相应的热管理策略来保持电池的温度在合理范围内。
例如，可以使用散热片、液冷系统或者风扇来进行热量的散发。
此外，还可以通过控制电池的充放电速率来控制热量的产生。
步骤六：热行为对电池寿命的影响最后，我们需要考虑热行为对锂离子动力电池寿命的影响。
高频脉冲下的热量产生和传递会导致电池内部的温度升高，从而加速电池的老化过程。
如果电池温度过高，会导致电解液的蒸发、正负极材料的结构破坏等问题，从而降低电池的循环寿命。
步骤七：结论综上所述，锂离子动力电池在高频脉冲下的热行为是一个重要的研究领域。
通过研究电池的工作原理、高频脉冲充放电过程以及热建模，可以更好地理解电池的热行为。
锂离子电池热特性参数测量方法研究
锂离子电池热特性参数测量方法研究姜余;陈自强【摘要】目的针对深海等极端环境下载人潜水器锂离子动力电池热管理问题,对10 Ah三元镍钴锰锂离子电池展开热特性参数测量方法研究,为锂离子电池热管理建模提供理论依据.方法首先利用精密测量仪器并结合传热学原理对电池导热系数进行计算,其次基于电池温度与环境温度跟随的控制策略搭建高精度的绝热实验箱.绝热环境下,电池的实际产热将会完全转化为自身的内能,与外界之间没有热量交换.在绝热实验箱中利用脉冲测试方法辨识三元镍钴锰锂离子电池的比热容.结果热物性参数测量结果具有较高准确性,带入热模型中的温度计算结果与实际温度测量结果绝对误差不超过0.5℃,平均相对误差为0.0184.结论基于实验方法得到的电池热特性参数能够反映锂离子电池的热状态,测量结果与实际值误差在可接受范围之内.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2018(015)012【总页数】5页(P60-64)【关键词】镍钴锰酸锂电池;热特性参数;热管理;绝热环境【作者】姜余;陈自强【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TM912近年来，随着世界各国对海洋资源开发的逐渐重视，各种新型海工装备逐渐走进人们的视野。
我国自主研发的“深海勇士号”载人潜水器，创造了世界同一级别深海载人潜水器作业时间最长的纪录，该载人潜水器以锂离子电池为动力源，可实现快速上浮和下潜，增加在深海作业的时间。
锂离子电池相比于其他类型电池有能量密度大、无记忆效应、自放电少等优点[1]，然而锂离子电池的性能与工作温度密切相关。
温度过高将会严重影响锂离子电池的寿命，甚至会造成锂离子电池自燃的严重后果[2-3]。
温度过低时，锂离子电池性能大幅度降低，内阻显著增大，在极寒环境下，甚至会导致无法正常放电[4]。
锂离子电池热特性研究及实例仿真分析的开题报告
锂离子电池热特性研究及实例仿真分析的开题报告一、选题背景及意义随着现代社会电子产品的大规模应用，对电池的性能和安全要求也越来越高。
锂离子电池因其高能量密度、轻量化、使用寿命长等优势被广泛应用于电动汽车、智能手机、平板电脑、笔记本电脑等各种移动设备中。
但是，锂离子电池也存在着一定的安全隐患，例如过充、过放、过热等情况容易导致电池燃烧或爆炸等危险事故。
因此，研究锂离子电池的热特性是非常必要的。
锂离子电池在充放电过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，会导致电池的温度升高。
当电池温度过高时，电极材料会发生变化，从而影响电池的性能和使用寿命。
因此，对锂离子电池的热特性进行研究，有利于提高电池的性能和安全性。
二、研究内容及方法本研究主要针对锂离子电池的热特性进行研究，包括电池的热发散和热传导特性。
研究内容如下：1. 锂离子电池的热特性测试。
通过实验探究不同充放电状态下的锂离子电池的温度变化规律，并观察电池的温度变化情况。
2. 锂离子电池的热模型建立。
建立锂离子电池的热模型，对电池的热发散和热传导过程进行仿真模拟。
3. 锂离子电池热特性仿真分析。
基于锂离子电池的热模型，利用有限元仿真软件对电池的热特性进行仿真分析，分析电池的温度分布、热传导、热发散等特性。
三、预期研究成果及意义通过本研究，我们可以得到锂离子电池在不同工作状态下的热特性表现，并建立锂离子电池热模型，对电池的热特性进行仿真分析。
预期研究成果如下：1. 锂离子电池热特性测试数据。
在实验中得到不同充放电状态下的锂离子电池的温度变化规律，并观察电池的温度变化情况，对数据进行分析整理。
2. 锂离子电池热模型建立。
通过建立锂离子电池的热模型，对电池的热发散和热传导过程进行仿真模拟，得到电池的热特性数据。
3. 锂离子电池热特性仿真分析。
基于锂离子电池的热模型，利用有限元仿真软件对电池的热特性进行仿真分析，分析电池的温度分布、热传导、热发散等特性，为电池的设计和优化提供参考。
18650型锂离子动力电池热特性研究
18650型锂离子动力电池热特性研究冯能莲;马瑞锦;陈龙科【摘要】To research the thermal security of lithium-ion power battery used in electric vehicles, with 3.2 Ah lithium-ion power battery as the research object, a three-dimensional mathematical model was built to analyse the thermal characteristic of lithium-ion power battery in the state of different discharge rates and different ambient temperature by the simulation and experiment temperature on the thermal characteristics of lithium-ion power battery were investigated. The results illustrate that temperature rising curve of the lithium-ion battery is nonlinear, the temperature rise rate increases obviously at the end of discharge; the temperature rising and temperature rising rate increase with the increasing of the charge/discharge rate; their temperature variation trends are basically the same, so the mathematical model can accurately describe the thermal behavior of the lithium-ion battery. The simulation and experimental analysis of thermal characteristics of lithium-ion battery could provide abundant data basis for studying temperature rising of battery pack and design of thermal management system.%针对电动汽车用锂离子动力电池热特性,以3.2Ah锂离子动力电池为研究对象,建立了锂离子动力电池的热模型.分别对锂离子单体电池在不同放电倍率、不同环境温度下的热特性进行了仿真和实验.结果表明,锂离子电池温升呈现非线性特征,在放电末期温升速率明显增大;锂离子电池的温升和温升速率随着放电倍率的增大而增大;仿真温度和实验温度变化趋势基本一致,说明所建立的数学模型能够较准确地描述锂离子单体电池放电过程热行为.进行锂离子单体电池热特性仿真和分析,可以为热管理系统设计提供依据.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2019(043)004【总页数】4页(P564-567)【关键词】电动汽车;锂离子动力电池;数学模型;热特性;热管理【作者】冯能莲;马瑞锦;陈龙科【作者单位】北京工业大学环境与能源工程学院,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京 100124;新能科技香港有限公司,中国香港 999077【正文语种】中文【中图分类】TM912锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、能量效率高、自放电率小、循环寿命长、无记忆效应等优点[1-2]，广泛应用于电动汽车。
锂离子电池充放电产热特性
锂离子电池充放电产热特性锂离子电池充放电产热特性锂离子电池充放电产热特性是指在充放电过程中产生的热量。
理解锂离子电池的充放电产热特性对于优化电池的设计和使用非常重要。
下面将按照步骤进行思考，详细介绍锂离子电池充放电产热的特性。
首先，锂离子电池的充电过程中会发生化学反应，这种化学反应会导致电池内部产生热量。
在充电过程中，锂离子从正极材料（如锂铁磷酸铁锂）向负极材料（如石墨）移动，同时伴随着电子的流动。
这个过程中，锂离子在过渡金属氧化物正极与碳负极之间进行氧化还原反应，从而释放出能量并产生热量。
其次，锂离子电池的放电过程也是一个化学反应。
当锂离子从负极材料移动到正极材料时，同样会发生氧化还原反应。
这个过程中，锂离子与过渡金属氧化物正极发生反应，将之前储存的化学能转化为电能，并同时产生热量。
除了化学反应本身，锂离子电池的充放电过程中还存在其他因素导致的热量产生。
例如，在电池内部，由于电流的流动和电阻的存在，会导致一定的电阻加热。
此外，电池的内部电解液也会在充放电过程中产生热量。
值得注意的是，锂离子电池的充放电产热特性与电池的工作状态有关。
在充电开始时，由于电池内部化学反应的启动，充电过程中的产热量相对较高。
随着充电容量的增加，产热量逐渐减少，最终趋于稳定。
类似地，在放电开始时，由于化学反应的启动，放电过程中的产热量也较高，然后逐渐减少直至稳定。
最后，了解锂离子电池充放电产热的特性对于电池的设计和使用具有重要意义。
在电池的设计中，需要考虑如何管理和散热产生的热量，以防止电池过热。
此外，在使用电池时，也需要注意避免过度充电和过度放电，以减少热量产生和延长电池的寿命。
总之，锂离子电池的充放电过程中会产生热量，这主要是由于化学反应和电流流动等因素导致的。
了解充放电产热的特性对于优化电池设计和使用至关重要，并可以帮助我们更好地管理电池的热量产生。
锂离子电池充放电发热速率计算
锂离子电池充放电发热速率计算锂离子电池作为现代能源存储的主要手段，其性能的优化和安全性的提升一直是研究的重点。
其中，锂离子电池的充放电发热速率是影响电池性能和安全的重要因素。
本文将对锂离子电池充放电发热速率的计算进行详细探讨。
一、锂离子电池工作原理与发热锂离子电池的工作原理主要依赖于锂离子在正负极之间的迁移。
在充电过程中，锂离子从正极脱出，通过电解液和隔膜，嵌入到负极中；放电时，锂离子从负极脱出，回到正极。
这个过程伴随着能量的释放和吸收，同时也会产生一定的热量。
二、锂离子电池充放电发热速率的影响因素1. 电池容量：电池容量越大，充放电过程中所需的能量越多，产生的热量也越多。
2. 充放电电流：电流越大，单位时间内通过电池的电量越多，产生的热量也越多。
3. 环境温度：环境温度对电池的充放电性能和热特性有显著影响。
高温环境下，电池的散热性能变差，容易引发安全隐患。
4. 电池老化程度：电池老化程度越高，其内阻增大，充放电效率降低，产生的热量也相应增加。
三、锂离子电池充放电发热速率的计算方法1. 基于实验数据的计算：通过实验测量不同工况下的电池温度变化，利用测温元件和数据采集系统获取实时温度数据，然后根据实验数据计算充放电发热速率。
这种方法准确度高，但实验成本较高且操作复杂。
2. 数值模拟方法：利用有限元分析、有限差分法等数值方法模拟电池内部的热场分布和温度变化，从而计算充放电发热速率。
这种方法成本较低，但需要建立精确的电池热模型和边界条件。
四、锂离子电池充放电发热速率计算的意义1. 优化电池设计：通过对锂离子电池充放电发热速率的研究，可以更深入地理解电池热行为，从而优化电池设计和材料选择，提高电池的效率和安全性。
2. 预测电池性能：通过计算和分析锂离子电池充放电发热速率，可以预测在不同工况下的电池性能，为实际应用提供理论依据。
3. 保障电池安全：准确地计算和分析锂离子电池充放电发热速率有助于及时发现电池过热等安全隐患，保障电池使用的安全性。
锂离子电池 可逆反应热
锂离子电池可逆反应热
锂离子电池的可逆反应热是一个重要的性能参数，它影响着电池的安全性和稳定性。
可逆反应热是指在充放电过程中，电池正负极材料之间的化学反应所释放或吸收的热量。
在锂离子电池的充放电循环中，正极材料（如LiCoO2或LiFePO4）和负极材料（如石墨或石墨烯）之间会发生锂离子的嵌入和脱嵌反应，这些化学反应伴随着热量的释放或吸收。
对于锂离子电池来说，可逆反应热的大小直接影响着电池的温升情况和热管理的难易程度。
如果可逆反应热过大，充放电过程中释放的热量会导致电池温升过快，甚至引发热失控，从而影响电池的安全性和寿命。
因此，设计和选择正负极材料时需要考虑其可逆反应热的大小，以保证电池在充放电过程中能够稳定工作。
此外，锂离子电池的可逆反应热也与电池的能量效率和循环寿命密切相关。
高可逆反应热会导致能量损失增加，降低电池的能量效率；同时，过大的可逆反应热也会加剧正负极材料的结构破坏，影响电池的循环寿命。
因此，优化锂离子电池的可逆反应热是提高其安全性、能量效率和循环寿命的重要途径之一。
总的来说，锂离子电池的可逆反应热是一个关键的性能参数，需要在材料设计、电池组装和工程应用中加以重视，以确保电池具有良好的安全性、稳定性和性能表现。
锂离子电池散热分析报告
强制风冷
优点
散热效率较高，能够满足中等功率放电和中等温 度环境下的散热需求。
缺点
需要额外的风扇或空气泵，增加系统复杂性和成本。
适用场景
适用于对电池散热有一定要求的中等规模设备， 如电动车、无人机等。
液冷
优点
散热效率非常高，能够满足大功率放电和高温度环境 下的散热需求。
解决方案 采用高效散热材料和设计，如金属基复合材料、纳米流体等新型散热材料，以及优化电池结构和散热通 道设计等措施，提高散热性能。
热管理系统的优化设计
01
总结词
优化热管理系统设计可以提高锂离子电池的散热性能和稳 定性。
02 03
详细描述
热管理系统是锂离子电池组的重要组成部分，其设计的优 劣直接影响到电池的性能和安全性。通过优化热管理系统 的设计，如改进散热器结构、增加散热面积和提高散热效 率等措施，可以有效提高锂离子电池的散热性能和稳定性。
锂离子电池利用锂离子在正负极之间移动产生电流。在充 离子电池的优缺点 锂离子电池具有高能量密度、无记忆效应、自放电率低等 优点，但也存在成本高、充电时间长、易发生过充电和过 放电等问题。
锂离子电池的应用
锂离子电池广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领 域。
缺点
需要复杂的管路和密封结构，成本较高，且可能增加 系统重量。
适用场景
适用于对电池散热要求非常高的场合，如电动汽车、 大型储能系统等。
热管技术
优点
散热效率高，能够将热量快速传导到其他部位进行分散或排放。
缺点
需要特殊的制造工艺和材料，成本较高。
适用场景
适用于对电池散热要求较高的场合，尤其适用于空间有限、散热需 求集中的场合，如笔记本电脑、平板电脑等。
锂离子电池产热特性研究进展
锂离子电池产热特性研究进展陈虎; 熊辉; 厉运杰; 李新峰【期刊名称】《《储能科学与技术》》【年(卷),期】2019(008)0z1【总页数】7页(P49-55)【关键词】锂离子电池; 产热; 实验手段; 模型仿真【作者】陈虎; 熊辉; 厉运杰; 李新峰【作者单位】合肥国轩高科动力能源有限公司安徽合肥230011【正文语种】中文【中图分类】O646.21电池是指能够实现电能和化学能相互转换的载体，可以为电子器件提供能量。
与一次电池相比较，二次电池可以重复使用且更加环保，已经是人们生产和生活必不可少的物品。
目前，常用的二次电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等。
其中，锂离子电池具有循环使用寿命长、充放电效率高、比能量高、使用过程无污染等一系列优点，成为目前使用比较广泛的二次电池[1-6]。
锂离子电池根据应用领域可分为消费型锂离子电池（笔记本电脑、手机、相机等其他电子产品）、动力型锂离子电池和储能型锂离子电池。
但是，最近几年发生的锂离子电池着火爆炸等安全事故引起了广大消费者的担忧，锂离子电池的热安全风险阻碍了其进一步发展[7-9]。
锂离子电池在使用的过程中有可能会发生过充、过放电产生枝晶穿透隔膜，造成短路，产生大电流从而引发着火爆炸；或遭到外界挤压、穿刺引起系统内部短路的情况，造成电池内部短路而积累大量的热，电池温度急剧上升继而引发热失控[10-12]。
因此，研究和分析锂离子电池热特性和热安全性，对电池进行优化设计，进而估算不同时刻电池内部温度变化趋势，最终设计和制定热管理方案，保证锂离子电池在合理的温度范围内工作，从而有效保证电池在运行过程中的安全性和可靠性，提高电池的使用寿命，避免由于热失控导致的安全事故有着重要的意义。
目前，对于锂离子电池热问题的研究[13-14]主要从两方面进行，一是通过实验手段来对电池产热进行研究，二是利用模型仿真手段电池产热进行分析。
1 锂离子电池产热实验研究实验方法主要是借助于常用的量热设备，去监测锂离子电池在某种工况下的热特性。
锂离子动力电池的性能充放电特性安全性热特性
采用快充技术，锂离 子动力电池可以在很 短的时间内完成充电 。例如，某些先进的 锂离子动力电池可以 在15分钟内充满80% 的电量
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第2部分
安全性
安全性
1. 无记忆效应
锂离子动力电池没有记忆效应，这意味着它可以在任何时候进行充电或放电，而不会影响 电池的性能或寿命
安全性
2. 过充过放保护
充放电特性
3. 自放电率低
锂离子动力电池的自放电率很低，只有大约 每月1%-2%。这意味着即使在长期存储过程 中，电池的电量损失也很小
充放电特性
4. 充电周期长
锂离子动力电池的充 电周期较长，通常可 以使用2000次以上的 充放电循环。这使得 电池在长期使用过程 中，可以保持较高的 性能和容量
充放电特性
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锂离子动力电池的性能 （充放电特性，安全性， 热特性）
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充放电特性 安全性 热特性
锂离子动力电池的性能（充放电特性，安全性，热特性）
锂离子动力电池作为现代电 动汽车和混合动力汽车的主 要能源之一，具有许多优异 性能，以下从充放电特性、 安全性和热特性三个方面进
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第3部分
热特性
热特性
1. 热稳定性高
锂离子动力电池的热稳定性很高，在正常充放电条件下，电池的温度可以保持在正常范围 内。即使在极端情况下，例如电池短路或过度充电，锂离子动力电池也不会像铅酸电池那 样容易发热或锂离子动力电池在充放电过程中的温度维持在正常范围内，通常会采用有效的冷 却系统。这可以防止电池过热，延长电池的使用寿命
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锂离子动力电池具有过充过放保护功能，当电量过高或过低时，电池会自动关闭，以防止 电池损坏和安全事故发生
磷酸铁锂电池恒流充电过程中的温度特性分析
磷酸铁锂电池恒流充电过程中的温度特性分析李礼夫;龚定旺;韦毅;佘红涛【摘要】针对混合动力电动车用磷酸铁锂动力电池在大电流快速充电过程中产热易导致电池组热失控的问题,以磷酸铁锂动力电池为研究对象,分析了充电过程中电池的热特性,提出了一种基于容量增量dC/dVc的磷酸铁锂动力电池动态温度分析方法.在此基础上,对国产某方形磷酸铁锂动力电池进行了恒流充放电及其动态温度测试实验,讨论了电池容量增量与充电电压平台、产热及温度的变化关系.结果表明:电池容量增量与其温度存在动态对应关系,电池容量增量较大的电池,其产热较大和对应的温度较高,这将是电池温度控制的重点.%In the process of high current fast charging,the battery pack thermal runaway problem is easily caused by the lithium iron phosphate power battery used in hybrid electric vehicle.The thermal characteristics of the battery in the charging process were analyzed with the lithium iron phosphate power battery,and the dynamic temperature analysis method of the lithium iron phosphate power battery based on incremental capacity was proposed.On this basis,the constant current charging and discharging and its dynamic temperature test were carried out with the domestic square lithium iron phosphate power battery.The relationship between the incremental capacity with the charging voltage platform,heat production and the battery temperature was studied by the experimental data.The results show that there is the dynamic relationship between the incremental capacity and temperature,that is the incremental capacity is larger,its heatproduction is more and the corresponding battery temperature is higher,which will be the focus of the battery temperature control.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2017(041)012【总页数】4页(P1706-1708,1732)【关键词】混合动力电动车;磷酸铁锂动力电池;恒流充电;容量增量;电池温度【作者】李礼夫;龚定旺;韦毅;佘红涛【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州5 10641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州5 10641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州5 10641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州5 10641【正文语种】中文【中图分类】TM912电动汽车用磷酸铁锂动力电池在充放电过程中，其内部离子在正负极之间不断地进行嵌入和脱嵌的电化学反应，生大量反应热、欧姆热和极化热。
基于相变材料-泡沫铜-翅片复合结构的锂离子电池热特性研究
基于相变材料-泡沫铜-翅片复合结构的锂离子电池热特性研究隋杨;张恒运;吴青余;邓宇晨;徐屾【摘要】通过在相变材料(PCM)中添加高孔隙率的泡沫金属与翅片形成复合结构,对18650仿形电池进行热特性实验研究.实验发现,纯石蜡传热根据电池温升分3个阶段,并通过可视化装置对相变关键点进行验证.添加泡沫金属可提高系统整体热导率,但会抑制液体石蜡的对流换热,导致温度平台消失.泡沫铜-翅片复合结构增强了电池与PCM之间的换热,且在高功率下系统表现出更好的热特性.此外,建立单温度模型进行数值验证,仿真结果与实验数据基本符合.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2018(032)003【总页数】8页(P193-200)【关键词】相变材料(PCM);泡沫金属;翅片;单温度模型;可视化【作者】隋杨;张恒运;吴青余;邓宇晨;徐屾【作者单位】上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620;上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620;上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620;上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620;上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TB61+1动力锂离子电池在充放电过程中因发热导致自身温度升高,会影响其运行性能[1],甚至导致自燃或者爆炸,诱发电池热失控[2].因此,高效的电池热管理系统(Battery Thermal Management System,BTMS)已成为电动汽车动力电池的关键组成部分.相变材料(Phase Change Material,PCM)冷却无额外能量消耗、冷却效果好,是未来BTMS的重要研究方向.在放电过程中,当电池温度达到PCM熔点时,PCM熔化并利用自身潜热吸收热量,降低了电池的温升与温度的不一致性.Duan等[3]研究包裹PCM的模拟电池在低功率下的发热特性,结果表明,相比自然对流冷却,添加PCM 显著降低了热源温度.在现有PCM体系中,石蜡具有较高的潜热、合适的熔化温度、良好的循环稳定性与较低的成本,在BTMS中有良好的应用前景[4].但石蜡热导率低,储热速度慢,需要通过强化传热方式增强石蜡的热导率,如添加翅片、膨胀石墨、泡沫金属和导热填料[5-8]等.比较而言,泡沫金属拥有高导热金属骨架,其中含有大量随机分布、尺寸相似的孔隙,可将热量有效地传至骨架周围的PCM.Zhou等[9]实验研究石蜡—泡沫金属与石蜡—膨胀石墨两种复合材料的热特性,结果表明,两种材料均提高了PCM的热性能,但基于其内部连续性结构,泡沫金属的热特性更好,孔隙率低的泡沫金属具有更好的热导率.Khateeb等[10]将石蜡—泡沫铝复合材料应用到摩托车电池组中,测量电池在低放电倍率(0.2～1C)下的温升,发现相比纯石蜡传热,添加泡沫铝降低了电池温度,但低孔隙率泡沫铝(80%)会影响PCM的储热能力.此外,泡沫材料与电池之间存在接触热阻,导致使用热性能降低[11],采用泡沫金属—翅片混合结构可以提高大孔隙率的热导率.Feng等[12]对泡沫铝—翅片散热器结构在空气射流冲击条件下的对流传热进行研究,发现相比单纯泡沫铝结构,热性能提高1.5～2.8倍,实验中泡沫铝孔隙率为91.18%.然而,在给定电池加热条件下采用泡沫金属—翅片复合PCM的被动换热研究较少见诸报道.本研究采用高孔隙率(97.5%)的泡沫铜—翅片复合PCM的散热结构,对不同功率下的锂离子电池热特性进行研究.电动汽车在上坡或者加速情况下电池功耗高,放电倍率高达8～11C[13].实验中分别设置6.6、8.8和13.2 W的加热功率,制备纯石蜡、石蜡—泡沫铜和石蜡—泡沫铜—翅片的测试装置,研究不同情形下电池的温度演变特性,同时通过可视化实验研究PCM相变界面随时间的演化过程.1 实验设置1.1 材料制备与热物性测量本实验所用PCM为上海易扬仪器有限公司供应的切片石蜡,通过差示扫描量热仪(Parkin Elmer DSC 4000)获得其熔化温度和相变潜热,如图1所示.从图中可以看出,石蜡在熔化过程中出现两个相变吸热峰,分别对应固—固和固—液相变过程.固—液相变起点为热流基线与接近峰值转折点处切线的交点,终止点为峰值对应的温度点.通过此方法得到石蜡的熔化温度为47.0～53.8 ℃,固—液相变潜热为204.5 J/g,占总潜热的73.8%.石蜡的其他参数[14]见表1.图1 石蜡DSC相变特性曲线Fig.1 DSC curve of paraffin phase-change composites表1 石蜡的热物性参数Table 1 Thermal properties parameters of paraffin密度/(kg·m-3)潜热/(J·g-1)相变温度/ ℃ 比热容/(J·kg-1·K-1) 热导率/(W·m-1·K-1) 动力黏度/(kg·m-1·s-1) 热膨胀系数/(K-1)785204.547.0～53.828500.153.65×10-43.085×10-4泡沫金属的制作工艺为电沉积法.首先对泡沫塑料进行预处理,涂覆导电层,然后通过金属电沉积过程在聚氨酯泡沫上形成金属覆盖层,最后通过真空烧结除去多余的聚氨酯有机体获得泡沫金属.本研究所用泡沫铜由供应商提供，孔隙密度为20 PPI.孔隙率ε计算式[15]为(1)式中：Ms,Vs为泡沫铜样品的质量与体积；ρc为泡沫铜的密度.经计算,孔隙率ε为97.5%,与供应商提供的数据一致.石蜡—泡沫铜复合材料的导热系数通过闪光导热分析仪(NETZSCH LFA457)测得,将测量得到的热扩散率转换成热导率[16]，公式如下k=αρcp(2)式中,α、ρ、cp分别为复合样品的热扩散率、密度和比热容.其中,cp可通过下式获得(3)式中：M、V分别为复合样品的质量和体积；cs、cf分别为铜和石蜡的比热容；ρf 为石蜡的密度.基于上述方程,得到复合材料的热导率为2.2 W/(m·K),明显高于石蜡的热导率.同时该值与Calmidi等[17]用简化六边形二维模型所计算的结果较为吻合,相对偏差为-2.3%.1.2 实验测试段结构在当前实验中,采用18650锂离子电池制造的铝制仿形电池,尺寸为φ18 mm×65 mm,电池中心开孔,内插加热器(Watlow,φ13.5 mm×40 mm)模拟电池的发热.电池垂直放置于铝制套筒(内径31 mm,外径41 mm)的中心,套筒内底部放有1 mm 厚的聚乙烯绝缘层,以避免电池发热量通过其底部传至套筒.图2为不同换热情形下的电池测试段半剖图.在纯石蜡中,将25 g液体石蜡倾倒于电池与套筒之间，如图2(a)所示.在石蜡—泡沫铜中,先将两块泡沫铜切割成相应尺寸,弯曲、压缩使其紧紧环绕在电池四周；将其缓慢压入套筒中,在压入过程中确保泡沫铜与套筒内壁间存在明显阻力,即认为泡沫铜与电池接触良好；最后再将石蜡灌注到套筒中，如图2(b)所示.在石蜡—泡沫铜—翅片复合结构中,电池四周预留8个等距对称的矩形径向槽(65 mm×1 mm),分别将对应数量(2、4、8)的翅片(65 mm×1 mm×6.5 mm)置于矩形径向槽内,然后利用相同的方式(石蜡—泡沫铜复合情况)将泡沫铜压入套筒中,并灌注液体石蜡，如图2(c)至图2(d)所示.各种换热情形的参数见表2.图2 不同换热情形下的测试段半剖图Fig.2 Half sections of test section for different heat exchange conditions表2 不同换热情形的参数Table 2 Parameters of different heat transfer conditions换热情形翅片数量翅片材料翅片厚度/mm翅片体积分数/%换热结构质量/g纯石蜡0————石蜡—泡沫铜0———7.25石蜡—泡沫铜2铝12.6510.08石蜡—泡沫铜4铝15.3012.91石蜡—泡沫铜8铝110.6118.571.3 半套筒可视化结构为观察PCM的熔化过程,制备如图3所示的半套筒可视化结构.直径18 mm的半圆形铝制发热器置于内径为31 mm同心半套筒内部,并采用3 mm厚的透明亚克力盖板黏结密封.将数码相机(Nikon D5100)固定在盖板一侧,对PCM的相变过程进行可视化追踪,得到清晰的相变界面发展图像.由于可视化实验在空调室内进行,环境温度会有2～3 ℃的波动,设置电池的加热功率为4.4 W,对应图2(a)和图2(b)情形中的8.8 W.图3 半套筒可视化结构Fig.3 Half housing wall visual structure1.4 实验系统整个实验系统如图4所示.电池测试段安置在厚度为5 mm的亚克力密闭箱体(410 mm×410mm×410 mm)内,以避免环境温度的波动,将箱体放入恒温箱中并调整温度至25 ℃.加热器与直流电源(GWINSTEK GPD2303S)连接,分别设置加热功率为6.6、8.8和13.2 W,对应的加热时间为3 000、2 000和1 500 s.实验采用丝径0.2 mm的K型热电偶测温,通过测温仪(HIOKI LR8410-30)监测电偶的温度,所有热电偶的偏差不超过0.2 K.将热电偶T1、T2、T3、T4分别插入电池上下端面预留的4个对称分布的插孔(φ1.5 mm×10 mm)中,并添加导热硅脂提高测量精度.热电偶T5布置在套筒外壁中心位置,测量套筒的温度并判断石蜡的熔化完成情况.亚克力箱体与恒温箱通过绝热套管连接,将热电偶T6置于套管中,测量箱体内环境温度并进一步减小外部气流的干扰.图4 实验系统Fig.4 Experimental system2 数值研究2.1 物理模型多孔材料结构的复杂性使得泡沫铜与PCM之间的传热模型较为复杂,既有相内传热,也有液固换热,单温度模型和双温度模型都有应用[18].本研究采用单温度模型,即假设泡沫铜骨架与石蜡温度相等，二维模型包括电池、泡沫金属、石蜡、翅片和套筒,尺寸均与实验一致，如图5所示.在电池中心加热器外壁面设置面热流密度q=10 779 W/m2,18650电池发热功率13.2 W.套筒外壁面的对流换热系数设为定值h=4 W/(m2·K).考虑接触热阻(TCR)的存在,电池与泡沫铜接触部分添加厚度为0.2 mm、热导率为0.1 W/(m·K)的薄层.在实验过程中,监测电池和套筒外壁面温度并通过可视化装置对PCM的熔化过程进行观测,将实验结果与数值计算中的温度和PCM液相率进行对比.2.2 控制方程数值计算前提出如下假设:1) 液体石蜡为不可压缩的牛顿型流体;2) 忽略液体石蜡在浮力作用下的自然对流;3) 泡沫金属各向同性,均匀分布在石蜡内;4) 在熔化过程中石蜡的比热容和热导率均保持不变.图5 两种结构的二维数值模型Fig.5 Two-dimensional numerical model of two heat transfer structures能量方程可以描述为(4)式中：Tf、L、β分别为石蜡的温度、潜热和液相率;kfe为有效热导率;r、φ分别为径向和圆周坐标;τ为时间.比热容ρcp的计算式为ρcp=ερfcf+(1-ε)ρscs(5)确定PCM液相率的计算式为(6)式中：Tm1和Tm2分别为石蜡的熔化起始温度与终止温度.β=0时为固相,β=1时为液相,β为0～1时为糊状.3 结果与讨论本研究对电池在不同换热情形下(自然对流、纯石蜡、石蜡—泡沫铜和石蜡—泡沫铜—翅片复合情形)的热特性进行实验.取热电偶T1、T2、T3、T4 的平均值为电池温度,记为Tb;取热电偶T5的温度为套筒壁面温度,记为Tw;各热电偶的具体位置已在图4中指出.熔化过程中关键点的符号命名如下：A点为相变开始的温度时间点；B点为电池平台温度升高起始点；C点为套筒外壁面温度达到石蜡熔化终止温度时间点.3.1 纯石蜡相变材料对电池温升的影响图6为不同功率下电池和套筒在自然对流和纯石蜡情形下的温度曲线.由图可见，仅有自然对流时,电池温升极快,6.6 W下仅500 s便达到81.5 ℃;添加PCM后,500 s时电池温度为50 ℃,温升降低显著.纯石蜡传热根据电池温升可分为3个阶段：从初始温度加热(25 ℃)到A点为第1阶段,此阶段石蜡未熔化,电池散热主要通过系统的显热热容和石蜡的导热进行,温升曲线陡峭；第2阶段为相变阶段,A点电池温度达到47 ℃,电池近壁面石蜡熔化,吸收并储存热量,液体石蜡有限的对流区域造成电池热量的积累,电池温度上升趋缓却没有出现温度平台,这与文献[19]描述的对流—导热混合传热方式类似;从C点开始为第3阶段,电池温升迅速，随着相变界面的增大,液体石蜡对流换热增强.当换热能力平衡发热量时出现明显的温度平台,如图中曲线BC段.图6 纯石蜡情形下电池和套筒在不同加热功率下的温度变化Fig.6 Temperature evolution of battery and housing wall at different heating powers for pure paraffin3.2 石蜡—泡沫铜复合结构对电池温升的影响泡沫铜的加入提高了系统整体热导率,加快了电池热量耗散,同时泡沫孔隙的存在使该区域具有较大的流动阻力,抑制了PCM在液相区的自然对流换热[20],电池没有明显的温度平台,反应温度平台起始点(对应纯石蜡情形的B点)不易确定,如图7所示.尽管如此,相比纯石蜡情形,电池和套筒间温差减小,热阻减小,电池温度降低,说明有效热导率的提高对散热效果提升明显,超过了因加入泡沫铜而减弱对流换热的不利影响.图7 石蜡—泡沫铜情形电池和套筒的温升曲线Fig.7 Temperature evolution curves of battery and housing wall for paraffin-foam copper3.3 可视化结果分析由于对称性,截取图3中半套筒可视化结构右半部分进行分析.图8为纯石蜡和石蜡—泡沫铜情形下相变界面的演化过程.图9为两种情形下电池的温升曲线.由图可见，在A点时,靠近电池壁面的石蜡开始熔化,电池温升变缓,随着时间增加,自然对流作用逐渐加强,相变界面向套筒壁上部运动.在B点时,液体石蜡与套筒上壁面接触,电池和套筒间形成直接对流换热,出现明显的温度平台(BC段).在C点时，套筒温度为53.8 ℃,由于铝制套筒的高导热性,套筒侧石蜡提前熔化,固相PCM呈尖峰状，这与文献[19]使用绝缘边界观察到的现象不同.加入泡沫铜后自然对流作用受到抑制但没有完全消失,温度平台不明显.值得注意的是,与全套筒测试段情形相比,电池在半套筒可视化结构中的温升偏低,这是可视化透明盖板的自然对流热损所致.图8 不同情形相变界面的演化过程Fig.8 Evolution of solid-liquid interface for different heat dissipation cases图9 电池和套筒在半套筒与全套筒情形下的温升曲线Fig.9 Temperature evolution curves of battery and housing wall for half housing and full housing cases3.4 石蜡—泡沫铜—翅片复合结构对电池温升的影响本研究采用泡沫金属—翅片复合PCM的散热结构：一方面，翅片的加入提高了系统整体的热导率；另一方面,由于翅片温度和电池温度接近(相差0.3 K),相当于增加了泡沫铜与翅片的接触面积而减小了接触热阻[10].石蜡—泡沫铜情形相比后,添加2、4、8个翅片的PCM体积分数虽然减少2.65%、5.30%和10.61%,但泡沫铜的接触面积却增加了42%、85%和170%.图10为不同功率下电池在石蜡—泡沫铜—翅片情形下的温升变化.由图可见，添加翅片后,A点之前电池在相同功率下的温升速率明显降低，A点之后PCM发生相变,温升变慢.由于泡沫孔隙的存在抑制了液体石蜡的自然对流,热交换方式仍以导热为主,因此石蜡—泡沫铜与石蜡—泡沫铜—翅片情形下电池的温升曲线形状大致相同,温度平台均不明显,但有翅片情形电池的热力学温度更低.图10 石蜡—泡沫铜—翅片情形电池在不同功率下的温度变化Fig.10 Temperature evolution of battery at different heating powers for paraffin-foam copper-fin以C点作为温度控制点计算可得：与石蜡—泡沫铜情形相比,添加2、4、8个翅片的电池在6.6 W时，C点温度分别降低8.6%、12.0%和16.2%；8.8 W时分别降低9.6%、15.3%和20.5%；13.2 W时分别降低10.0%、17.4%和25.2%,泡沫铜—翅片结构在高功率下表现出更好的热增强性能.此外,在相同功率下,随着翅片数量的增加,温度降低效果有所减弱.虽然翅片的加入减少了石蜡体积,对PCM的储热有所影响,但从结果可知,翅片的加入增强了电池的热特性,使电池在较低温度下工作时间更长,并减小因高温工作情况引起的电池性能的衰减.3.5 数值结果图11为在同一加热条件(13.2 W)下的实验结果(Exp)与数值结果(Num)的对比.虽然单温度模型没有考虑石蜡自然对流换热的影响,但实验结果与数值结果基本符合,说明自然对流对传热的贡献很小.泡沫铜的加入增加了该区域的流动阻力,使得液体石蜡自然对流的影响可以忽略.单温度模型可以真实地反映电池在石蜡—泡沫铜与石蜡—泡沫铜—翅片情形下的传热特性.但实验与数值结果也存在偏差,这可能是因为石蜡在相变过程中,热导率与比热容等热特性参数会有细微变化,而数值计算所设参数均为定值.总体而言,两者偏差不大,可以满足工程的精度要求.图11 石蜡—泡沫铜情形温度变化的实验与数值结果对比Fig.11 Comparison of numerical results with experimental results of temperature evolution of paraffin-foamcopper4 结论本研究基于PCM—泡沫金属—翅片的复合电池热管理系统的热特性,分析不同换热情形下电池的温升变化,制备了可视化装置研究PCM相变界面的发展过程,同时采用单温度模型进行数值研究得出如下结论.1) 纯石蜡传热根据电池温升可分为3个阶段:A点之前为固相阶段,温升曲线陡峭;AC为对流—导热混合相变阶段,同时在B点出现明显的温度平台;C点后温度迅速上升,此时石蜡并未熔化完全,剩余固相PCM呈锥形尖峰状.2) 泡沫铜的加入提高了系统整体热导率,加快了电池热量耗散,同时也抑制了石蜡的对流换热,导致温度平台消失.采用泡沫铜—翅片复合PCM结构增强了电池与PCM 之间的换热,减小了接触热阻,降低了电池温升.以C点作为温度控制点,与石蜡—泡沫铜情形相比,添加2、4、8个翅片电池温度在6.6 W时分别降低8.6%、12.0%和16.2%；8.8 W时分别降低9.6%、15.3%和20.5%；13.2 W时分别降低10.0%、17.4%和25.2%,复合结构在高功率下表现出更好的传热增强性能.3) 实验结果与未考虑自然对流的数值结果基本符合,说明本研究采用的单温度模型可以描述石蜡—泡沫铜与纯石蜡情形下电池的传热特性,当泡沫金属加入后,石蜡对流换热的影响可以忽略.参考文献:【相关文献】[1] RAO Z H,WANG S F.A review of power battery thermal energymanagement[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2011,15(9):4554-4571.[2] GOLUBKOV A W,FUCHS D,WAGNER J,et al.Thermal-runaway experiments on consumer Li-ion batteries with metal-oxide and olivin-type cathodes[J].RSCAdvances,2013,4(7):3633-3642.[3] DUAN X,NATERER G F.Heat transfer in phase change materials for thermal management of electric vehicle battery modules[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2010,53(23/24):5176-5182.[4] ZHANG X,KONG X,LI G,et al.Thermodynamic assessment of active cooling/heating methods for lithium-ion batteries of electric vehicles in 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电池充放电过程的热力学研究
电池充放电过程的热力学研究电池充放电过程是电池运作的基本过程之一，热力学在其中扮演了重要的角色。
了解电池充放电过程的热力学特性不仅可以提高电池的性能，还可以为电池材料的开发和设计提供一定的指导。
本文将就电池充放电过程的热力学特性进行系统的解析和探讨。
一、电池充电过程的热力学特性电池充电过程中最重要的热力学特性是电池的电势变化。
在干电池和铅酸电池等一些传统电池中，电池的电势变化是由化学反应产生的。
在锂离子电池和镍氢电池等现代电池中，电池的电势变化是由离子在电解液中的移动产生的。
在充电过程中，电池的正极和负极的电势都会上升，电池的输出电势也逐渐提高。
当电池完全充电时，电池的正极和负极的电势达到最高值，电池的输出电势也稳定在一个固定的值上，此时电池处于静止状态。
电池的充电过程中还伴随着热量的释放。
由于电池内部的化学反应和离子运动速度的提高，电池内部产生的热量会让电池温度升高。
不同类型的电池其热释放速率也不同。
二、电池放电过程的热力学特性电池放电过程中，电池的正极和负极的电势都会下降，输出电势也越来越低。
当电池完全放电时，电池的正极和负极的电势达到最低值，此时电池无法输出电能。
电池放电过程中，电池的内部温度会逐渐降低，因为电池内部的化学反应和离子运动速度都会减缓。
由于电池内部的化学反应和离子运动，电池内部也会释放热量。
三、热力学对电池性能的影响电池内部的温度和压强都是电池性能的重要参数。
当温度升高或压强增加时，电池化学反应会加速，离子也会更快地在电解液中移动，因此电池输出电能也会提高。
但是电池在过高的温度下运作会导致电池寿命的缩短，甚至可能出现安全问题。
因此，为了保证电池的安全性能，必须控制电池内部的温度和压强。
热力学对电池排放性能也会产生影响。
由于电池在工作时会产生热量，而发热量的大小与电池内部电阻和放电电流等参数有关，因此为了避免电池发热量过大导致电池过热和损坏，必须控制电池内部的电流和电阻。
四、结论热力学在电池充放电过程中发挥了重要的作用。
基于电-热耦合模型的锂离子电池热特性与优化
基于电-热耦合模型的锂离子电池热特性与优化宋文吉;陈明彪;白帆飞;冯自平【摘要】通过微元电池等效电路的方法,建立分层结构的电-热耦合模型,得到锂离子动力电池的温度分布及电-热变化特性.基于电-热耦合模型,分析软包电池容量变化对温度梯度的影响,并对极耳进行优化.只通过层叠的方式增加电池容量时,电池容量增加到1 倍,最大温升几乎增加0. 5 倍,会增加热管理的难度.通过单独强化极耳换热的方法,可在一定程度上降低最高温度.通过改变极耳位置,可降低动力电池(尤其是大容量电池)的最高温度.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2018(048)005【总页数】4页(P309-312)【关键词】锂离子电池;电-热耦合模型;温度分布;极耳【作者】宋文吉;陈明彪;白帆飞;冯自平【作者单位】中国科学院广州能源研究所,广东广州 510640;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州 510640;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广东广州 510640;中国科学院广州能源研究所,广东广州 510640;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州 510640;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广东广州 510640;中国科学院广州能源研究所,广东广州510640;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州 510640;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广东广州 510640;中国科学院大学,北京100049;中国科学院广州能源研究所,广东广州 510640;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州 510640;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TM912.9高能量密度的动力电池在快速充放电时，短时间内的大量产热，导致温度迅速升高，给电池热管理系统(BTMS)带来了挑战。
充放电过程中锂离子电池的温度不均匀，会加速老化，降低电池(组)的性能；在极端情况下，会因局部过热而导致热失控。
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2.2环境温度的影响
为了研究外界环境温度对LiCoO2电池吸放热的影响，将电池放到等温量热仪中，并控制电池温度为20 ℃，通过充放电仪，将LiCoO2电池充至满电状态，并静置1 h，再在某一温度下进行恒流放电。在不同环境温度下，电池放热功率及放热量与时间变化曲线如图3所示。
在不同环境温度和不同放电倍率下，锂离子电池平均放热量如表2所示。由图3和表2可以看出，在同
1实验方案
为了实现不同倍率及温度的测试，锂离子电池热特性实验平台如图1所示。主要包括电池、等温量热仪、电池充放电柜等设备。测试电池为某公司生产的18650LiCoO2电池，容量为2 000 mA·h，标称电压为3.7 V。为了确保电池正常充放电，根据GB/T31486—2015[20]对充放电仪编写如下程序：充电时，设置恒流充电终止电压为4.2 V，恒压充电终止电流为10 mA;放电时，设置恒流放电终止电压为3.0 V。等温测量仪的作用是记录充放电过程中电池的吸放热数据及提供实验过程中所需要的环境温度，以此来模拟锂离子电池在不同环境温度下真实的吸放热状态。电池充放电设备为青岛美凯麟科技股份有限公司的MCT8-50-05充放电仪。实验过程中，锂离子电池置于isoBTC等温量热仪（设备可使用温度范围：-40～200 ℃，温度精度为0.01 ℃）内，在其表面布置温度传感器和功率加热片（将电池温度维持在设定温度），实时采集实验数据。
锂离子电池充放电过程中的热特性研究
作者：张志超郑莉莉戴作强杜光超张洪生
来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2019年第04期
摘要：为了在某一恒定温度下准确研究电池充放电过程中的吸放热特性，本文以18650 LiCoO2电池为实验对象，采用等温量热仪和充放电柜对锂离子电池在充放电过程中的产热行为进行研究。研究结果表明，随着充/放电倍率的增大，电池放热速率明显升高，在20 ℃条件下，1 C倍率放电后期产热速率较0.3 C增加了530.5%;在同一倍率条件下，LiCoO2电池0 ℃与40 ℃相比，充电时间增加了10.2%，严重影响了LiCoO2电池的充电性能;在相同条件下，放电过程中电池产热量要远大于充电过程中电池产热量。本文为电动车用锂电池热安全研究提供了可靠的参考依据。
关键词：锂离子电池;等温量热仪;热特性;放热速率;放热量;锂电池热安全
由于锂离子电池具有高比能量、高比功率和高充放电效率，所以对锂离子电池性能的研究引起了学者们的广泛关注[1-3]。由于动力锂电池在频繁充放电过程中内部将产生大量热量，如果产生的热量不能被及时散发掉，会导致电池组的工作温度过高，从而影响电池性能，甚至引发安全事故[4-5]。另外，锂离子电池在低温下存在脱嵌锂不平衡、循环倍率性能差、比容量低等问题[6-9]，因此，通过研究低温下锂电池的产热问题，对提高电池性能和安全性具有指导作用。目前，国内外关于锂电池产热方面的研究主要集中在分析外界环境温度、充放电倍率、老化程度等对电池温升的影响。罗英等人[10-13]研究了不同老化状态对锂离子电池产热的影响，表明电池温度随着循环次数和搁置时间的增加而增加;林春景等人[14-16]对不同温度下锂离子电池温升进行了实验研究，结果表明，随着外界环境温度的增加，电池温升越来越大;张亚徽等人[17-19]研究了充放电倍率对电池温升的影响。以上研究只是定性分析了各因素对锂电池温升的影响，而没有定量分析各因素的影响程度。因此，本文以18650LiCoO2电池为实验对象，采用等温量热仪和充放电仪，对锂离子电池充放电过程中的热行为进行研究，定量分析了环境温度及充放电倍率对锂离子电池产热量的影响。该研究为锂电池的安全应用奠定了基础。
由图2还可以看出，0.5 C放电时，放电初期电池放热功率为负值，即放电初期电池内部存在一定的吸热反应，直到放电进行4 min后，电池由吸热状态转变为放热状态;放电中期（10%
为了研究充放电倍率对后期极化内阻产热的影响，取后10 min电池平均放热功率进行分析，不同倍率时，电池平均放热功率如表1所示。由表1可以看出，0.3 C放电后期，电池平均放热速率仅为0.143 W;而1 C放电后期，电池平均放热速率为0.902 W，增幅530.5%，因此，电池以大倍率放电时，需采取一定的冷却措施。
为了研究放电初期LiCoO2电池的平均放热量，取前20 min平均放热量变化情况作为参考，以0.3 C倍率放电为例，0.3 C的LiCoO2电池平均放热量如表3所示。
由表3可以看出，同一放电倍率下，環境温度与电池平均放热量成负相关关系，即环境温度越低，锂离子电池的平均放热量越高。
由图2可以看出，锂离子电池的放热速率随着放电倍率的增加明显上升。0.3 C放电过程的放热速率从0上升到0.18 W，0.5 C放电过程的放热速率从-0.08 W上升0.33 W，1.0 C放电过程的放热速率从0.01 W上升到10.3 C放电时，锂离子电池的放热速率基本稳定，且数值较小，随着放电进行到后期（SOC≤10%），由于此时电池的极化内阻增加，导致放热速率小幅增加。
2锂离子电池放电热特性研究
2.1放电倍率的影响
为了研究放电倍率对电池吸放热特性的影响，本文以0.3，0.5，1 C的放电倍率，分别对LiCoO2电池进行放电。首先将电池放到等温量热仪中，控制电池温度为20 ℃条件下，将电池充电至满电状态，搁置1 h，然后以0.3 C倍率进行恒流放电，放电截止电压3.0 V，重复上述步骤完成0.5 C及1 C倍率放电实验。记录不同倍率放电过程中锂离子电池的吸放热数据，电池放热功率及放热量与时间变化曲线如图2所示。