基于Simulink的锂离子电池过充条件下的电热耦合仿真分析

《Chinese Journal of Electrical Engineering》：Simulink-Based Electrothermal Coupling Simulation Analysis of Lithium-Ion Batteries Under Overcharge Conditions

锂离子电池过充引发热失控是储能电站安全问题的关键。本研究对280Ah电池进行100A过充实验，构建了含热管理模块的一阶RC等效电路模型，通过分段故障热源模型分析正常与极限过充下的异常热释放特性，动态追踪热失控温度变化。实验验证了1C和0.5C倍率下模型精度，发现峰值温度、升温时间与SOC存在显著关联，温度电压误差在合理范围，模型准确表征了热失控各阶段电热耦合特性。

　　

摘要：

锂离子电池在过充过程中发生的热失控是导致锂电池储能电站安全问题的主要原因。本研究使用一块280安培（A）的锂离子电池进行了100安培（A）的过充实验，以获取从过充到热失控过程中的电压和温度数据。通过建立电池的一阶电阻-电容等效电路模型以及锂电池的内部热生成机制，并结合电池的荷电状态（SOC），构建了一个分段故障热生成模型。该模型考虑了在正常和极端过充条件下锂电池的异常热量释放特性，并采用了温度触发式热对流散热机制来模拟电池温度的动态变化。实验结果验证了该模型的准确性，其模拟的电池温度升高速率分别为1°C和0.5°C。针对280安培（A）的电池进行的不同过充速率模拟，进一步探讨了峰值热失控温度、达到峰值温度所需时间与电池荷电状态（SOC）之间的关系。实验和模拟中不同规格和过充速率下的温度-电压误差均处于合理范围内。所构建的模型准确反映了热失控过程中的电热耦合特性。