Thermal Characteristics Investigation of Lithium-Ion Battery Under High-Frequency AC Excitation in Low-Temperature Environment

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作者
Zhongxiaobang Hu,Yang Li,Furong Liu,Bo Zhao,Weibo Li,Ruixin Yang,Changjun Xie,Ying Shi
出处
期刊:IEEE Transactions on Transportation Electrification 卷期号:8 (1): 407-419 被引量:25
标识
DOI:10.1109/tte.2021.3113945
摘要

At low operating temperatures, the power capability and charging/discharging capacity of lithium-ion (Li-ion) batteries can decay rapidly. Therefore, it is essential to preheat the Li-ion batteries in advance of the normal operations of a battery electric vehicle. High-frequency ac preheating methods are advantageous to achieve a miniaturized and lightweight design. In this article, a self-heating circuit topology is used for studying the characteristics of Li-ion batteries at low temperatures and under high-frequency ac excitation. The thermal behaviors of Li-ion batteries under high-frequency ac excitations are comprehensively analyzed with an improved heat generation model. Experimental results exhibit that heat generation due to electrochemical reactions has a significant influence on self-heating rates under the high-frequency ac excitation, and the heating rate is positively correlated with the current frequency and root-mean-square (rms) value. Specifically, when the current frequency is 90 kHz and the rms value is 3.51 A or 1.17 C, validated by experiment and numerical simulation, a 2.9-Ah 18650 Li-ion cell can be heated up from −20 °C to 5 °C in 7.33 min with an average electrochemical heat generation of 2.962 W.

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