锂电池 模型验证与试验结果分析

模型验证锂离子电池内部正负极产生的可逆热、不可逆热以及电池的温度场分布难以通过实验测量，因此通过对比仿真与实验时电池的电压、温度特性曲线来验证模型的准确性，图4(a)～图4(d)为试验所得电压曲线与仿真结果的对比，图4(e)～图4(h)为温度曲线的仿真与实验对比图，从图中可知，模型在仿真恒温箱温度为40 ℃、25 ℃时，仿真曲线与实验曲线重合度较高，说明模型准确度高；恒温箱温度为0 ℃时，模型准确性稍微降低，电压最大误差为0.1 V，最大温度误差为0.7 ℃；恒温箱温度为-25 ℃时，仿真曲线最大电压误差为0.6 V，最大温度误差为1.5 ℃，但模型仍具有一定的参考意义。表6为不同环境温度与放电倍率下电池表面中心点的最大温升，以及在整个放电过程中仿真与实验曲线的最大误差，模拟与试验最大温升接近，放电过程中最大误差较小。综上所述，模型仿真电池放电时的电压曲线与产热导致的温度曲线时都具有较高精确度，能够验证模型的准确性。

图4 电压曲线验证与温度曲线验证

表6 温升对比与最大误差

实验结果分析由图4中实验所得曲线可知，相同温度下放电电压随放电倍率的增大而减小，主要原因是电流增大导致电池内阻所占的电压变大；相同倍率放电时，放电电压随温度的降低而降低是因为低温对电池材料的性能影响较大，导电能力降低，离子传输速率降低，导致电阻变大，放电电压降低。在恒温箱温度为0 ℃、25 ℃、40 ℃时，电压的变化一致为逐渐降低，并且初始放电电压在4.0 V附近，但在-25 ℃时电池初始放电电压仅为3.08 V,在放电260 s后电压逐渐升高至3.21 V,从图4可以看到3.21 V时温度处于第一个极大值点-22.3 ℃附近，分析得知-25 ℃的低温环境中电池内阻远大于0 ℃、25 ℃与40 ℃时的内阻，在电池开始放电后，放出的热量使电池材料的性能略有改善，故电压小幅度上升至3.21 V，之后随放电的进行电压又逐渐降低2.75 V。在相同的恒温箱温度下，温升随放电倍率的增大而增大，2 C放电时的温升约为0.5 C温升的6倍，恒温箱温度为25 ℃时，0.5 C放电时温升为1.7 ℃，1 C时为3 ℃，2 C时为9 ℃；相同倍率下，温升随恒温箱温度的降低而增大，0 ℃时电池温升约为25 ℃时的2.1倍，-25℃时电池温升约为25 ℃时的2.5倍。

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