低温高倍率充放电下锂电池内部热应变特性研究

发布时间：2025-04-18 00:47

　　飞机上的锂电池一般都会经历高空低温环境,然而目前关于锂电池的研究还未关注到低温内部特性。因此,有必要了解低温环境下锂电池充放电过程的内部温度和热应变产生规律以及机理。本实验搭建了低温锂电池高倍率充放电平台,在此基础上开展了常温和低温环境高倍率充放电实验。本实验针对软包锂电池的特殊结构,设计了埋入式传感器锂电池,可以实时准确的采集锂电池使用过程中的内部状态参数,减少实验误差,确保数据的准确性。实验在低温实验舱中进行,分别在常温(25℃)和低温(10℃、0℃、-10℃、-20℃)环境下开展高倍率(1C、2C、3C)充放电实验。从锂电池充放电时间、充放电容量、内部最大温度、内部最大应变、电化学反应等几个方面研究低温环境下锂电池内部状态的变化规律。实验结果表明,磷酸铁锂电池的充放电时间和容量随着环境温度的降低而减少,内部温度和内部应变随环境温度的减少而增加,并且当环境温度每下降约10℃,充放电时间也相应减少约10%。在25℃、10℃和0℃温度下,电池表现出平坦而长的电压平台,但当温度为-10℃、-20℃时,充放电初期电压会出现反弹现象。本论文通过理论计算对实验结果进行验证,参考前人关于锂电池温度...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 锂离子电池概述
        1.1.2 锂离子电池工作原理
    1.2 飞机用锂电池发展概述
        1.2.1 飞机用锂电池发展现状
        1.2.2 航空锂电池事故
        1.2.3 航空锂电池适航标准
    1.3 锂电池低温热应变研究综述
        1.3.1 锂电池低温充放电分析
        1.3.2 锂电池热应力分布研究
        1.3.3 应变对电池材料的影响
    1.4 本文的研究工作
第2章 实验平台与试验方案
    2.1 锂电池低温充放电实验平台设计
        2.1.1 低温实验舱
        2.1.2 锂电池充放电循环系统
        2.1.3 数据采集系统
    2.2 埋入式传感器锂电池制作
    2.3 实验方案
        2.3.1低温高倍率充放电实验
    2.4 本章小结
第3章 多梯度低温环境对锂电池内部特性的影响
    3.1 实验研究
        3.1.1 温度变化范围确定
        3.1.2 低温充放电实验设计
        3.1.3 低温充放电测试方案
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 低温充放电时间分析
        3.2.2 锂电池充放电电压曲线分析
        3.2.3 锂电池内部温度变化分析
        3.2.4 锂电池内部应变规律分析
    3.3 本章小结
第4章 变充放电倍率对锂电池内部特性的影响
    4.1 实验研究
        4.1.1 充放电倍率选取
        4.1.2 变倍率充放电实验设计
        4.1.3 变倍率充放电测试方案
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 锂电池内部温度变化
        4.2.2 锂电池内部应变规律
        4.2.3 变倍率充放电下温度-应变规律
    4.3 本章小结
第5章 锂电池温度场和热应力场分析
    5.1 锂电池参数计算
        5.1.1 导热系数计算
        5.1.2 比热容计算
        5.1.3 生热速率计算
        5.1.4 杨氏模量及泊松比计算
        5.1.5 热膨胀系数计算
    5.2 锂电池温度场和热应力场解析
        5.2.1 锂电池温度场解析
        5.2.2 锂电池热应力场解析
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 核心内容和结论
    6.2 创新点
    6.3 研究展望
参考文献
附录A 锂离子电池各组成材料参数
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：4040256