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简单谈谈动力电池电化学-热模型

日期:2019-01-18    来源:动力电池热管理技术

国际新能源网

2019
01/18
18:24
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关键词: 动力电池 电化学 热模型

  最近有些事情,写点东西,换换脑子。我们从一张图片说起,这是捷豹路虎对于xEVs车型电池模型需求变化的一些观点与看法,里面涉及能量型电芯与功率型电芯,可以简单看出能量型电芯与功率型电芯集流体设计及活性物质涂布量的区别,功率型应用更看重的是电池倍率性能,故功率型电芯集流体厚度要偏厚一些,以达到足够的过流能力。而能量型电芯更看重能量密度,所以集流体设计偏薄,如负极6um铜箔使用,以增加活性物质涂布量。
 
  简单的看下电芯设计与制作,以软包电芯为例
 
  极片:
 
  叠片
 
  举个最简单例子,知道了比面积容量与敷料面积,我们就能轻松获取单面或双面极片容量,进而知道对应容量电芯所需叠片数。
 
  目前电池模型主流还是电池经验模型,相比电池经验模型,电池机理模型更加精确,而且可以提供丰富的关于电池内部信息,不过建模相对复杂,参数也较多,需要理清各参数以及之间耦合关系。而经验模型则相对简单,闲话少说,我们主要来了解一下电池机理模型。
 
  我们先从电池放电过程了解
 
  负极脱锂过程
 
  正极嵌锂过程
 
  充电过程则相反。
 
  不管是经验模型还是电化学机理模型,主要要解决的还是V、I、T的问题,其中V是电池端电压,I是电流(主要考虑不同倍率影响),T则是温度,三者之间有一定的耦合关系。
 
  有了这些基本概念,我们可以简单了解下电化学热模型建模过程:
 
  电芯
 
  建模过程
 
  电芯层温度分布
 
  SOC分布
 
  反应电流密度分布
 
  最有价值的是下面的汇总图,我们可以看出电池内部反应电流密度集中区域,简单说也就是电流集中区域,对应该区域温度上升较快,进而形成电芯内部温度梯度分布。而内部温度上升,一定条件下会使得内部阻抗有所下降,同时也会因温度梯度差异,造成SOC分布偏移,形成差异,长期造成电池劣化,容量衰退。
 
  当然,通过电化学-热模型要解决的问题,远不止这些。好了就简单写这么多,提供一些基本的思路,相信大家也有一个简单的了解,供大家讨论。
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