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近年来，随着能源危机和环境污染问题日益凸显，锂离子电池在电网储能领域和新能源汽车领域中的应用逐渐广泛。对锂离子电池电气、热以及老化等特性变化规律、性能关键影响因素的研究是锂离子电池安全管理及优化控制的重要前提。然而，锂离子电池充放电过程是十分复杂的电化学反应过程，通过实验手段及现有电气仿真模型无法深入研究多因素交互耦合过程及不同因素作用机理，存在多种局限性。
鉴于此，本文在总结电芯电.热.老化三个方面建模技术的基础上，分析了三方面特性模拟边界及耦合传递过程，开发了考虑多时间尺度计算的电芯电-热.老化联合仿真程序，并应用联合仿真进行了电芯老化过程评估;在此基础上考虑了电池组电压电流分布和温度分布，开发了电池组层面的电.热.老化联合仿真程序，并基于电池组联合仿真，研究了不一致性关键影响因素以及不一致性和老化联合演进过程。本文主要工作如下:
首先，介绍了表征电芯充放电过程中电气量动态行为的电化学模型和等效电路模型，重点给出了本文采用的等效电路模型及其状态方程;然后，介绍了描述电芯充放电过程中热量交换行为的产散热模型，建立了简化产热模型和集总参数散热模型;最后，在总结分析了电芯内部老化机理的基础上，重点给出了表征日历老化和循环老化的电芯容量衰退及内阻增长的半经验模型，基于实验数据进行老化参数辨识，得到了准确的半经验老化模型。本章所介绍的电气模型、热模型和老化模型是程序开发的底层模型，为后续电-热-老化联合仿真的构建提供基础。
其次，基于等效电路模型、集中参数热模型和半经验老化模型，分析各个参数传递路径和反馈过程，提出了三方面特性模拟边界及交接变量描述方法;在考虑电气、热和老化特性的动态时间尺度差异基础上，提出了基于多时间尺度计算的仿真加速方法;进而开发了考虑电气过程、热过程和老化过程交互的电芯电.热-老化联合仿真程序。基于电芯联合仿真程序，分析了电芯性能衰减过程，通过与未考虑联合过程的老化仿真进行对比，验证了联合仿真程序的有效性和准确性，进而分析了不同温度下的电芯老化过程，定量评估了电芯老化过程。
最后，在电芯联合仿真的基础上，对电池组电气网络进行分析确定了电芯间电压、电流分布，对电池组热网络分析确定了电芯间的温度分布;进而将联合仿真延伸到电池组，开发了电池组电.热.老化联合仿真程序;基于电池组联合仿真程序，分析了参数不一致对电池组性能影响，结果表明:不一致性对SOC和电池组可用容量的影响遵循“短板效应”，其中额定容量对电池组可用容量有着较为显著的影响;另外，应用联合仿真程序，分析了电池组不一致性和老化联合演进过程，以容量不一致为例进行仿真，结果表明:不一致性将会导致电芯的老化程度发生离散性差异，从而引起电池组可用容量下降，且老化将会导致不一致性分布发生变化。
鉴于此，本文在总结电芯电.热.老化三个方面建模技术的基础上，分析了三方面特性模拟边界及耦合传递过程，开发了考虑多时间尺度计算的电芯电-热.老化联合仿真程序，并应用联合仿真进行了电芯老化过程评估;在此基础上考虑了电池组电压电流分布和温度分布，开发了电池组层面的电.热.老化联合仿真程序，并基于电池组联合仿真，研究了不一致性关键影响因素以及不一致性和老化联合演进过程。本文主要工作如下:
首先，介绍了表征电芯充放电过程中电气量动态行为的电化学模型和等效电路模型，重点给出了本文采用的等效电路模型及其状态方程;然后，介绍了描述电芯充放电过程中热量交换行为的产散热模型，建立了简化产热模型和集总参数散热模型;最后，在总结分析了电芯内部老化机理的基础上，重点给出了表征日历老化和循环老化的电芯容量衰退及内阻增长的半经验模型，基于实验数据进行老化参数辨识，得到了准确的半经验老化模型。本章所介绍的电气模型、热模型和老化模型是程序开发的底层模型，为后续电-热-老化联合仿真的构建提供基础。
其次，基于等效电路模型、集中参数热模型和半经验老化模型，分析各个参数传递路径和反馈过程，提出了三方面特性模拟边界及交接变量描述方法;在考虑电气、热和老化特性的动态时间尺度差异基础上，提出了基于多时间尺度计算的仿真加速方法;进而开发了考虑电气过程、热过程和老化过程交互的电芯电.热-老化联合仿真程序。基于电芯联合仿真程序，分析了电芯性能衰减过程，通过与未考虑联合过程的老化仿真进行对比，验证了联合仿真程序的有效性和准确性，进而分析了不同温度下的电芯老化过程，定量评估了电芯老化过程。
最后，在电芯联合仿真的基础上，对电池组电气网络进行分析确定了电芯间电压、电流分布，对电池组热网络分析确定了电芯间的温度分布;进而将联合仿真延伸到电池组，开发了电池组电.热.老化联合仿真程序;基于电池组联合仿真程序，分析了参数不一致对电池组性能影响，结果表明:不一致性对SOC和电池组可用容量的影响遵循“短板效应”，其中额定容量对电池组可用容量有着较为显著的影响;另外，应用联合仿真程序，分析了电池组不一致性和老化联合演进过程，以容量不一致为例进行仿真，结果表明:不一致性将会导致电芯的老化程度发生离散性差异，从而引起电池组可用容量下降，且老化将会导致不一致性分布发生变化。