钛酸锂电池的低温特性研究

动力电池低温特性与电动汽车应用密切相关。电池的容量、内阻和开路电压曲线是反映电池基本特性的重要参数,也是电池管理系统设计的重要参数。为了揭示钛酸锂电池的低温特性进行了实验研究。结果表明:在-20~0℃,电池的放电容量衰减缓慢;欧姆内阻和极化内阻都随温度的降低而增大;开路电压曲线基本保持一致,在低于-20℃时开路电压整体降低。因此,钛酸锂电池在-20℃下仍能保持良好状态,适用于低温预热起动辅助供电。     

不同温度下磷酸铁锂电池内阻特性实验研究

以电动汽车用能量型磷酸铁锂动力电池为研究对象,通过不同温度(-20~40℃)下的电池充放电实验和混合脉冲功率特性法(HPPC)测量电池内阻,研究了环境温度和荷电状态(SOC)对电池充放电欧姆内阻、极化内阻和总电阻的影响。结果表明:随着温度降低,充放电欧姆内阻和极化内阻均增加,但欧姆内阻的变化率大于极化内阻;欧姆内阻是电池内阻的主要组成部分,对温度的敏感性比极化内阻更高;随着温度降低,欧姆内阻增加的变化率逐渐增大;在某一固定温度下,极化内阻比欧姆内阻受SOC的影响更大;SOC在0.2~0.8范围内,电池充放电内阻基本稳定,动力电池的荷电状态应控制在此区间内,以获得良好的功率特性。     

基于正态分布的锂电池组建模仿真

电池组仿真用于描述电池组的外特性变化及电池间相互耦合关系,对电池成组研究有重要意义。同批次电池参数符合正态分布的数理统计规律,以Thevenin等效电路为单体锂电池的仿真模型,通过MATLAB进行正态分布参数拟合,获取任意数量锂电池的容量、开路电压、欧姆内阻、极化内阻和极化电容等参数,建立了基于正态分布的锂电池成组建模仿真方法,并验证了建模仿真精度,为锂电池成组建模仿真提供了新的仿真方法。     

航空锂离子电池内阻测试研究

以航空钴酸锂离子电池为研究对象,通过混合脉冲功率特性测试方法来测试钴酸锂离子电池在不同温度和SOC状态下内阻变化规律。通过数据计算出钴酸锂离子电池的欧姆内阻和极化内阻,并分析现象产生的原因。研究表明:在相同温度下钴酸锂电池的SOC处于20%~90%范围内极化内阻波动很小,可视为定值。当电池处于相同的SOC下,随着环境温度降低特别是低于10℃时,极化内阻上升显著。当电池处于相同温度下时,当温度低于10℃时,随着SOC的减小钴酸锂电池欧姆内阻上升显著。得出结论是钴酸锂离子电池的极化内阻对温度变化敏感,而欧姆内阻对SOC变化敏感。钴酸锂离子电池的内阻特性变化规律为在线SOC估算提供研究基础和依据。     

锂电池动态系统Thevenin模型研究

建立高精度的电池模型对于电动汽车动力锂电池的应用研究有重大意义。锂电池在使用过程中,其系统参数会跟随外界环境及荷电状态变化而改变,选用固定参数的电池模型会导致模型精度差。提出一种动态系统Thevenin模型。结合影响锂电池特性的荷电状态和环境温度因素,将经典Thevenin模型中的欧姆内阻、极化内阻、极化电容等固定参数,在动态系统Thevenin模型中描述为随荷电状态与温度动态变化的变量。最后选取单体锂电池为实验对象,采用HPPC实验辨识模型参数,对经典模型与动态系统模型分别进行仿真分析,结果表明,动态系统Thevenin模型能更准确描述锂电池性能。     

钴酸锂电池性能研究

钴酸锂电池比能量高,循环寿命长,是一些便携式电子设备电源的首选。为了进一步了解钴酸锂电池的性能,以3.6V/2.2Ah钴酸锂电池为实验对象,对电池的基本性能进行了研究。首先,进行了容量实验,研究了电池在不同倍率下的放电特性;其次,利用静置法研究了电池的充放电平衡电势(Electro motive force,简称EMF),分析了电池的平衡电势曲线;最后,得到了电池在不同SOC下的充放电欧姆内阻、极化内阻和总内阻,发现当SOC0.1时,内阻变化较大,当0.1SOC1.0时,内阻变化较小。     

航空钴酸锂电池的温度特性研究

温度对锂电池的容量和充放电特性等关键指标有着重要的影响,对其进行研究可以为锂电池的实际使用和维护以及SOC估算提供依据。以航空钴酸锂电池为对象,通过实验研究其容量、充放电曲线在不同环境温度下的变化规律。结果表明:在环境温度高于20℃时电池容量变化不明显,但在环境温度低于0℃时,电池容量将快速下降。在低温环境下充电时,电池容量在平台区时变化很大,且上升速度明显大于在高温环境下。在低温环境下,特别在低于-20℃时,电池在放电过程中电压下降速度激增。放电初期,电池电压下降较快,进入平台区放电速度减慢,但一旦电池电压低于3.7V,电压急速下降。     

基于分解模型的VRLA电池开路研究

针对VRLA蓄电池开路故障,基于Thevenin电池模型,结合蓄电池内部结构,建立一种新的蓄电池分解模型。通过对电池金属部件做破坏性实验,研究蓄电池开路现象与模型参数之间关系。实验表明:电池极柱腐蚀、极耳腐蚀断裂造成蓄电池内阻明显增大;欧姆内阻、极化内阻、极化电容可用作为诊断蓄电池开路的标志参数。     

磷酸铁锂电池低温性能及放电容量预测研究

为研究磷酸铁锂电池的低温放电性能,选取14500和32650型号电池为研究对象,对其低温放电容量及欧姆内阻等性能进行测试。结果表明:随着温度的降低,其容量呈现了不同程度的下降,而欧姆内阻随温度的降低而增加,且增加的幅度越来越大;低温对不同型号电池放电容量的影响存在差异,即随着温度的下降,容量越小的电池衰减越迅速。利用Matlab建立以常温充电容量、温度、欧姆内阻为输入,放电容量为输出的BP神经网络模型,此模型具有较高的准确性,误差在5%以内。     

不同工况下锂电池欧姆和极化内阻测试方法研究

针对在不同工况(不同荷电状态、不同充电倍率、不同放电倍率)下准确、高效地测量锂离子电池欧姆内阻和极化内阻的需求,提出一种基于改进混合脉冲功率特性阶跃法(HPPC)测量内阻。通过改变HPPC充放电倍率固定比值关系,可以解决在多倍率充放电测试脉冲中,锂离子电池容量亏损的问题。从而完成在单个内阻测试循环中,测量出不同工况下的充放电欧姆内阻和极化内阻。实验结果表明,与原方法相比,改进HPPC法测量的充放电欧姆内阻和极化内阻相关系数均在92.3%以上,平均测量精度最大提高7.64%,实验测试时间节省近78.47%,证明所提出的改进HPPC法能高效、准确地测量不同荷电状态、不同充放电倍率下的欧姆内阻和极化内阻。     

液态金属电池的温度特性

作为一类高温电池,液态金属电池的工作温度在300℃~700℃之间,工作温度对于电池性能具有重要影响。该文探究了工作温度对液态金属电池开路电压、充放电性能和电池内阻的影响。首先,建立双极化等效电路模型;运用静置法得到不同工作温度下的开路电压,并通过吉布斯—亥姆霍兹方程和能斯特方程计算相关电化学—热力学参数;运用电池循环测试得到不同工作温度下的循环性能指标;利用脉冲测试数据辨识不同工作温度下的内阻参数,从电池反应界面演变、电极反应、传质过程等方面分析工作温度和荷电状态对内阻的影响;仿真结果表明,考虑温度特性的双极化模型的相对电压误差在±0.03V以内,能较好地反映液态金属电池的动态特性。     

MH-Ni电池1.2 V放电电压平台的电化学研究

MH-Ni电池放电电压平台是一个十分复杂的问题,涉及电极材料、制作工艺及添加剂等多种因素.由于MH-Ni电池工作机理是基于电化学反应过程,因此这些因素的影响最终会通过电化学反应反映到电池的放电性能上.从电化学角度利用暂态测试技术--电流阶跃法对MH-Ni电池放电过程中影响电压变化的因素进行了研究,初步弄清了造成MH-Ni电池1.2 V电压平台衰减的电化学原因.结果表明,MH-Ni电池的重要电化学参数--欧姆内阻与放电电压平台有着重要关系.不同欧姆内阻的MH-Ni电池,其1.2 V放电电压平台衰减规律不尽相同.对于欧姆内阻较小的电池,1.2 V放电电压平台主要由非欧姆极化控制;欧姆内阻较大的电池,1.2 V放电电压平台主要由欧姆极化控制;欧姆内阻介于二者之间时,1.2 V放电电压平台由欧姆极化和非欧姆极化联合控制.研究中还发现,放电进入末期时,MH-Ni电池的非欧姆极化急剧上升导致电池电压迅速下降到放电截止电压,使电池终止放电.     

基于HPPC的锂电池欧姆内阻最优测试条件研究

针对锂电池欧姆内阻测试目前存在测试周期过长、测试精度低的问题,提出了基于混合脉冲功率特性法(HPPC)的欧姆内阻最优测试条件。在分析HPPC方法测试原理的基础上,通过改变实验条件研究电流倍率、采样周期对欧姆内阻的影响。实验与模型仿真数据的对比结果表明:在1.5 C充放电倍率、50 ms采样周期实验条件下能够有效提高欧姆内阻测试的准确性,降低测试时间。     

轨道交通用钛酸锂电池不一致性研究

以搁置一年的钛酸锂电池单体及模块为研究对象,分别对不同荷电状态下搁置的单体和模块进行初始电压、剩余电量、充放电容量等参数的测试,得出单体电池电压及内阻分布;并采用容量增量分析法分析钛酸锂电池在浮充搁置状态下性能的变化,进而研究不一致性对长期处于浮充状态的辅助电源寿命及性能产生的影响。通过整箱电池的电压分布,结合OCV-SOC特性曲线,选出浮充的最佳电压点,为轨道交通中使用的钛酸锂电池充放电控制策略的制定提供可靠依据。     

基于温度和SOC的退役电池电化学阻抗特性

以退役的电动汽车用磷酸铁锂(LiFePO4)正极锂离子电池为研究对象,分别在0℃、25℃、40℃和50℃下测得不同充放电荷电状态(SOC)的阻抗谱数据,基于锂离子电池内部电化学过程反应机理,建立退役磷酸铁锂电池的电化学阻抗模型LR[(RW)Q],并用ZSimDemo软件进行参数辨识.此模型在不同温度和SOC下都有较高的实测数据辨识精度,误差在0.01％以内,能较好地解析电池内部的动态传质过程.分析发现:退役电池的欧姆内阻、电荷传递阻抗与SOC的变化无关;欧姆内阻在0℃时较高,约为1.46 mΩ,电荷传递阻抗和扩散阻抗都与温度近似成反比关系;在40℃和50℃时,欧姆内阻、电荷传递阻抗和扩散阻抗的差别较小;在0℃时,退役电池内部的极化作用较强,使用时应注意欠压与过压保护.     

PEMFC发电系统稳态电压模型研究

从电化学的角度分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的极化特性,在此基础上针对其主要工作区在欧姆极化段的特点,通过测算出不同温度、操作压力条件下的等效热力学电动势与电池堆内阻,建立了一个简单实用的稳态电压模型。最后通过对一个500 W的PEMFC发电系统的稳态负载实验,验证了模型的建立是可行和合理的。     

全钒液流电池极化损失研究

在全钒液流电池充放电性能研究基础上,采用原位电化学交流阻抗测试方法开展了全钒液流电池活化极化、欧姆极化和浓差极化的定量分析。结果表明,钒电池在较小充放电电流密度下,活化极化和欧姆极化是导致电压损失的主要原因。随着电流密度进一步增大,活化极化趋于平缓,而欧姆极化迅速增大,同时浓差极化也开始变得显著。在此基础上,针对充放电过程中的各类极化提出了系列解决方案,为高效率大功率全钒液流电池堆的开发奠定了基础。     

动力锂电池RC等效模型辨识方法

针对动力锂电池模型难以准确估算的非线性特性,推导并建立RC电池等效模型方程,通过大量充放电实验数据,应用最小二乘法辨识出模型参数,仿真结果验证了RC等效模型的准确性。     

电动汽车磷酸铁锂电池最佳SOC工作区研究

磷酸铁锂电池由于寿命长、安全性能好、成本低,已经成为电动汽车的理想动力源和能量源。电池的荷电状态(SOC)是影响电池性能及使用寿命的主要因素之一,以10 Ah磷酸铁锂电池单体为研究对象,对其开路电压、极化电压、电池内阻进行了实验研究。结果表明,当电池单体SOC在20%~90%时,磷酸铁锂电池的电压和内阻变化平稳,确定为电池的最佳工作区。     

动力锂电池等效模型与实验平台搭建方法研究

为清楚理解动力锂电池的内部结构和工作原理,选取搭建较为精确的等效模拟十分重要,它能更精确有效地获取各项内部参数。以动力锂电池为研究对象,分析其工作特性和原理,查阅资料做出最佳等效模拟电路,通过锂电池的充放电过程的HPPC实验研究,有效估算出SOC并得到所需各项参数,再由等效电路的计算方程得到等效参数。结论得出锂电池充放电过程中参数大致稳定,等效内阻均值为1.023 mΩ,标准差为0.218 6,极化电阻均值为0.304 4 mΩ,标准差为0.150 4。基于STM32、检测电路和LCD搭建的充放电系统,实现对锂电池电流和电压的检测以计算分析模拟电路内部参数。