机械工程学报

作者：陆浩然, 邹梦珍, 李哲

单位：1. 清华大学车辆与运载学院 北京 100084;2. 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 北京 100084

关键词：刀片电池,跨尺度电热耦合,阻抗分析,产热分析,均温设计；

基金：国家重点研发计划(2021YFB2401800);国家自然科学基金面上(52277220)和国家自然科学基金联合基金(重点)(U1864214)资助项目。

新能源汽车快速发展对动力电池的能量密度和安全性提出了更高的要求，刀片电池构型显著提高了动力电池体积利用率，弥补现有磷酸铁锂(Lithium iron phosphate batteries，LFP)电池材料体系能量密度低的缺点。通过搭建刀片电池1D电化学+3D热耦合模型，进行如下三方面的探究：第一，探究环境温度、充电倍率和换热系数三类变量对不同长度刀片电池的容量、内阻等电化学性能的影响，通过直流阻抗分解法(Directive current resistance，DCR)溯源影响性能的原因并定位了对应的物理化学过程；第二，探究上述三种变量对长/短刀电池温升过程和充电末期电池最大温差的影响，通过产热分解法(Heat production decomposition，HPD)揭示电池各部件的产热程度；第三，探究电池尺寸和换热系数对电池温度均一性的影响。结果表明：①刀片电池长短对电化学性能的影响源于集流体电阻，其电阻随电池长度增加而增大；刀片电池长短对热性能影响由电池产热、传热和表面散热三者共同决定，长度增加增大集流体产热，降低电池各向均温性能；②环境温度和换热系数对电化学性能和热性能影响较小，倍率增大使过电势增加造成电池容量下降；电极产热随倍率增加均有所增大。换热系数增强提高长度方向均温性能，L400，L800，L1200计算结果表明，控制电池长度和提高材料热导率亦有利于增强电池各向均温性能。

来源：2024年第20期

《机械工程学报》期刊编辑部

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