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。
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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。