随着电动汽车的进一步普及,作为主要动力源的锂离子电池已成为许多学者的研究焦点。锂离子电池的性能受环境温度的影响,低温环境会导致锂离子电池的可用容量减少和外特性衰退,锂离子电池在低温环境中使用时需对其进行有效的加热。本文建立电化学-热耦合模型有效描述锂离子电池低温下的外特性。基于所建立的模型制定低温环境下锂离子电池的内部加热策略,进行锂离子电池在低温下的有效预热。首先描述锂离子电池的工作原理,并根据电池内部反应引入经典的伪二维模型,建立电池内部锂离子固液相扩散、固液相欧姆定律、电荷守恒、电极反应动力学等控制方程和边界条件,并进一步分析伪二维模型的温度适应性,得出经典伪二维模型在低温下拟合精度差的结论。本文即以伪二维模型为基础建立低温模型,以抛物线的形式对锂离子浓度进行近似拟合,根据抛物线形式对描述固液相扩散的控制方程进行简化,计算固液相欧姆定律和电荷守恒定律得到简化的电化学模型。分析锂离子电池的产热散热条件,建立集中质量热模型描述锂离子电池的内部温度变化。根据电池工作过程中的内部温度对电化学模型中涉及的参数进行更新,最终建立电化学-热耦合模型。电化学-热耦合模型建立后需要进行模型参数辨识。一部分模型参数通过计算得到,另一部分参数通过遗传算法、最小二乘拟合得到,最终得到电化学-热耦合模型中的全部参数。在253.15K、263.15K和273.15K的环境温度下进行恒流工况和动态工况验证,结果显示与无热耦合部分的模型相比,所建立的模型在上述三个温度下的精度均有所提高,精度提高最多可达88%,模型可以很好地拟合253.15K下出现的“电压波谷”现象。模型在283.15K、295.15K和313.15K的环境温度下同样进行恒流工况和动态工况验证,结果显示所建立的模型在常温、高温环境同样有理想的精度。建立的低温模型进一步应用在电池内部加热策略的制定上,以电池负极不发生锂沉积为条件确定内吧部加热电流的幅值范围。在10Hz、50Hz和100Hz的频率下分别进行仿真,得到三个频率下将电池从253.15K加热到278.15K所用电流工况和加热时间,仿真结果显示所制定的内部加热策略最短可以在18分钟内完成对电池的有效预热。