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基于电化学与热能的耦合关系演算聚合物锂离子动力电池的温度状态及分布
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O631.1[理学—高分子化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]中南大学冶金科学与工程学院,长沙410083, [2]深圳高性能电池材料与器件工程研究中心,中南大学深圳研究院,深圳518057
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:51204211); 中国博士后科学基金(批准号:2012M521543); 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20120162120089)资助的课题
中文摘要:

基于电化学-热耦合模型研究聚合物锂离子动力电池放电过程热行为,分析了放电倍率、冷却条件对电池放电过程的温度变化及分布的影响规律.结果表明:3C放电时,模型计算结果与实测结果的平均偏差为0.57K,方差为0.15,说明模型准确度较高.电芯的平均生热率在整个放电过程中呈现出增加的趋势,初期和末期增长较快.大倍率放电时,与电流密度的平方呈正比的不可逆热所占的比重较大,小倍率放电时,电化学反应可逆热占主导.改善冷却条件能降低电池放电过程的平均温度,对流传热过程的表面传热系数为5W/(m^2·K),1C,3C,5C放电结束时,电芯的平均温升为分别为6.46K,17.67K,27.53K,当对流传热过程的表面传热系数增加至25W/(m^2·K)时,温升比自然对流条件下相同倍率放电时的温度分别降低了2.91K,4.68K,5.62K,但电芯温度分布的不一致性也会加剧.

英文摘要:

To understand the thermal effect of polymer Li-ion cells during the discharge process, an electrochemical thermal coupling model was established to investigate the thermal behavior of the cell. The average deviation and variance between the modeling results and the experimental data at 3C discharge rate were 0.57 K and 0.15, thus it was concluded that the modeling results agreed well with the experimental data. Also, the model is used to analyze the temperature distribution affected by discharge rate and cooling condition. The average heat production rate of the cells shows an increasing trend throughout the discharge process; it is increased significantly at both the beginning and the end of discharge. At a high discharge current, the irreversible heating which is proportional to the square of the current density, is the major heat generation source inside the battery. At a low discharge current, the heat production rate is dominated by reversible entropic heat. Improving cooling temperature could lower the average temperature during the discharge process. When the heat coefficient is 5 W/(m^2·K), the average temperature rises of the battery cells are 6.46 K, 17.67 K, 27.53 K for 1C, 3C, 5C discharge rates respectively. If the heat coefficient increases to 25 W/(m^2·K), the average temperatures of the battery cells are reduced by 2.91 K, 4.68 K, 5.62 K for 1C, 3C, 5C discharge rates, respectively, but the inner temperature difference would be increased.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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