鋰電池 模型驗證與試驗結(jié)果分析

模型驗證鋰離子電池內(nèi)部正負(fù)極產(chǎn)生的可逆熱、不可逆熱以及電池的溫度場分布難以通過實驗測量，因此通過對比仿真與實驗時電池的電壓、溫度特性曲線來驗證模型的準(zhǔn)確性，圖4(a)～圖4(d)為試驗所得電壓曲線與仿真結(jié)果的對比，圖4(e)～圖4(h)為溫度曲線的仿真與實驗對比圖，從圖中可知，模型在仿真恒溫箱溫度為40 ℃、25 ℃時，仿真曲線與實驗曲線重合度較高，說明模型準(zhǔn)確度高；恒溫箱溫度為0 ℃時，模型準(zhǔn)確性稍微降低，電壓最大誤差為0.1 V，最大溫度誤差為0.7 ℃；恒溫箱溫度為-25 ℃時，仿真曲線最大電壓誤差為0.6 V，最大溫度誤差為1.5 ℃，但模型仍具有一定的參考意義。表6為不同環(huán)境溫度與放電倍率下電池表面中心點的最大溫升，以及在整個放電過程中仿真與實驗曲線的最大誤差，模擬與試驗最大溫升接近，放電過程中最大誤差較小。綜上所述，模型仿真電池放電時的電壓曲線與產(chǎn)熱導(dǎo)致的溫度曲線時都具有較高精確度，能夠驗證模型的準(zhǔn)確性。

圖4 電壓曲線驗證與溫度曲線驗證

表6 溫升對比與最大誤差

實驗結(jié)果分析由圖4中實驗所得曲線可知，相同溫度下放電電壓隨放電倍率的增大而減小，主要原因是電流增大導(dǎo)致電池內(nèi)阻所占的電壓變大；相同倍率放電時，放電電壓隨溫度的降低而降低是因為低溫對電池材料的性能影響較大，導(dǎo)電能力降低，離子傳輸速率降低，導(dǎo)致電阻變大，放電電壓降低。在恒溫箱溫度為0 ℃、25 ℃、40 ℃時，電壓的變化一致為逐漸降低，并且初始放電電壓在4.0 V附近，但在-25 ℃時電池初始放電電壓僅為3.08 V,在放電260 s后電壓逐漸升高至3.21 V,從圖4可以看到3.21 V時溫度處于第一個極大值點-22.3 ℃附近，分析得知-25 ℃的低溫環(huán)境中電池內(nèi)阻遠(yuǎn)大于0 ℃、25 ℃與40 ℃時的內(nèi)阻，在電池開始放電后，放出的熱量使電池材料的性能略有改善，故電壓小幅度上升至3.21 V，之后隨放電的進(jìn)行電壓又逐漸降低2.75 V。在相同的恒溫箱溫度下，溫升隨放電倍率的增大而增大，2 C放電時的溫升約為0.5 C溫升的6倍，恒溫箱溫度為25 ℃時，0.5 C放電時溫升為1.7 ℃，1 C時為3 ℃，2 C時為9 ℃；相同倍率下，溫升隨恒溫箱溫度的降低而增大，0 ℃時電池溫升約為25 ℃時的2.1倍，-25℃時電池溫升約為25 ℃時的2.5倍。

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