Online detection method for incremental capacity internal resistance consistency

电池包单体内阻的不一致会导致短板单体的过充过放,诱发渐变性故障,加剧电池组的失效,安全检测成为市场需求。本文对不同老化程度的磷酸铁锂充电曲线进行分析之后,提出一种基于容量增量的内阻一致性在线检测方法：对充电数据进行分析得到容量增量峰的特征,进而表征单体之间的内阻差异,最后使用箱型图进行异常检测。使用已设计的电池检测系统对电池包进行在线检测与HPPC检测,验证对比发现：两者归一化的单体内阻分布存在较高的一致性,且容量增量在线检测方法成本低、操作简便,适用于大规模的商业电池进行内阻一致性检测,不会对工程效率以及电池组寿命产生影响。在线检测方法为锂离子电池全生命周期预防性安全检测提供方法指导。     

基于风险防御的退役动力电池递进式分选方法研究

针对退役动力电池存在初始特性参数不一致,梯次利用过程中存在安全稳定性降低等问题,提出一种基于风险防御的退役动力电池递进式分选方法。首先,提取电动汽车退役动力电池“灰箱”数据,选取剩余容量、内阻及端电压作为分选参数,采用改进K-均值算法对退役动力电池参数进行初始聚类数据提取。其次,估计梯次利用过程中退役动力电池荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）等特性,通过功能状态（SOF）表征参数间的关联特性,并基于SOF动态一致性进行分选。最后,考虑风险防御预留系统的SOF动态安全裕度,降低退役动力电池初始特性缺陷对梯次利用重组的影响。通过仿真分析验证所提分选方法提高了退役动力电池的一致性,并有效降低了重组系统的寿命损耗。     

国内外动力电池标准体系比较分析

动力电池是电动汽车的重要组成部分与关键技术点,而我国在动力电池上的标准仍然与发达国家相差甚远。因此,动力电池标准已成为制约我国电动汽车发展的重要因素。本文以国内标准为研究对象,从电动汽车与动力电池的实际生产应用出发,以每种类型电池的多种性能作为分类依据,提出了动力电池标准的体系框架。     

Recent progress on thermal runaway propagation of lithium-ion battery

简述了电动汽车锂离子动力电池热失控蔓延机理、建模与抑制技术的最新研究进展。为了满足汽车高能量的要求,需要动力电池进行串并联成组来提供动力。电池组成组安全问题成为电动汽车大规模应用的重要技术问题。电池组中的某一个电池单体发生热失控后产生大量热,导致周围电池单体受热产生热失控。因而,电池组成组安全问题的重要关注点是电池组内的热失控蔓延问题。本文对锂离子电池热失控蔓延问题的国内外研究进展进行了综述,分析了对于不同种类锂离子动力电池影响其热失控蔓延特性的主要因素。总结了文献中的热失控蔓延建模方法,并指出了已有方法的不足。从电池系统热安全管理的角度,阐述并分析了热失控蔓延防控技术的研究成果与方向。最后对锂离子电池热失控蔓延研究进行了展望。     

退役动力电池梯次利用关键技术概述

退役动力电池的后续处理对新能源汽车产业和环境的可持续发展提出严峻挑战。动力电池梯次利用是有效发挥动力电池剩余价值、实现新能源汽车行业绿色发展的有效途径。退役电池的健康状态直接决定了电池能否被再次利用,研究退役动力电池健康状态检测技术具有重大现实意义。除此之外,由于退役电池是已经老化的电池,电池的循环性能、倍率性能及安全性能等相比新电池会有所下降,开展退役电池梯次利用中的性能评估,可以更好地对其后续的使用进行管控。本文梳理了退役动力电池在一致性筛选、性能测试、重组、梯次场景选择及后续使用时的一致性及安全管理中的关键技术,重点分析了不同测试方法的原理及优缺点。清晰论述了梯次利用关键技术发展现状及不足,有助于完善退役电池梯次利用体系。     

Development of nickel/metal-hydride batteries for EVs and HEVs

This paper is to introduce the nickel/metal-hydride (Ni/MH) batteries for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) developed and mass-produced by our company. EV-95 for EVs enables a vehicle to drive approximately 200 km per charge. As the specific power is extremely high, more than 200 W/kg at 80% depth of discharge (DOD), the acceleration performance is equivalent to that of gasoline fuel automobiles. The life characteristic is also superior. This battery gives the satisfactory result of more than 1000 cycles in bench tests and approximately 4-year on-board driving. EV-28 developed for small EVs comprises of a compact and light battery module with high specific power of 300 W/kg at 80% DOD by introducing a new technology for internal cell connection. Meanwhile, our cylindrical battery for the HEV was adopted into the first generation Toyota Prius in 1997 which is the world’s first mass-product HEV, and has a high specific power of 600 W/kg. Its life characteristic was found to be equivalent to more than 100,000 km driving. Furthermore, a new prismatic module in which six cells are connected internally was used for the second generation Prius in 2000. The prismatic battery comprises of a compact and light battery pack with a high specific power of 1000 W/kg, which is approximately 1.7 times that of conventional cylindrical batteries, as a consequence of the development of a new internal cell connection and a new current collection structure.     

Study on the characteristics of second life LiFePO4 batteries

随着电动汽车的快速发展,未来将有大量的动力电池退役,这些淘汰下来的电池仍有可观的剩余容量和寿命,可以在静态储能等领域实现梯次利用。为了提高安全性和输出性能,淘汰下来的动力电池需要在筛选之后重新串、并联成组使用。以二次利用磷酸铁锂动力电池为研究对象,研究在单体电池内阻不一致、剩余容量不一致、初始SOC不一致等情形下,电池组的并联特性,即并联电池组中各电池直流阻抗、电流不平衡度的变化情况。对于实现磷酸铁锂动力电池的梯次利用具有指导意义。     

Advanced concept for dispersed power supply system using AC modules

A method of for estimating the reliability of new conceptual stand-alone dispersed power supply systems using AC modules with self-contained logic was proposed and system reliability estimated using a yearly scale simulation. The AC module is able to supply AC power on each module and has the flexibility to enable construction of a grid-connected system. Power storage devices were required when applying AC modules to the stand-alone power supply system. For these power storage devices, we used a battery with a built-in DC/AC micro bi-directional inverter known as AC battery. To maintain the flexibility of the system extension, the AC modules and AC batteries were controlled by self-contained logic. This logic performs parallel operations for the voltage control inverter and keeps supply and demand in balance.     

高压输电线路巡检机器人能源在线补给装置的研制

为了彻底解决高压输电线路巡检机器人的能源供给问题,介绍了一种适用于高压架空输电线路自动巡检机器人的能源在线补给装置．该装置主要由自具电源和锂电池充电电路组成。其中自具电源将高压输电线周围的磁能转化为直流电能,它不仅可直接为机器人供电,而且还可以在电源控制器的控制下通过充电电路对备用锂电池在线充电,完全满足机器人长时间、长距离不问断巡检工作的要求,同时该装置还可广泛应用于其他高压输电导线上各类电气设备和野外带电作业移动设备,具有广阔的应用前景。     

Thermal analysis and management of lithium-titanate batteries

Battery electric vehicles and hybrid electric vehicles demand batteries that can store large amounts of energy in addition to accommodating large charge and discharge currents without compromising battery life. Lithium-titanate batteries have recently become an attractive option for this application. High current thresholds allow these cells to be charged quickly as well as supply the power needed to drive such vehicles. These large currents generate substantial amounts of waste heat due to loss mechanisms arising from the cell's internal chemistry and ohmic resistance. During normal vehicle operation, an active cooling system must be implemented to maintain a safe cell temperature and improve battery performance and life. This paper outlines a method to conduct thermal analysis of lithium-titanate cells under laboratory conditions. Thermochromic liquid crystals were implemented to instantaneously measure the entire surface temperature field of the cell. The resulting temperature measurements were used to evaluate the effectiveness of an active cooling system developed and tested in our laboratory for the thermal management of lithium-titanate cells.     

Test and evaluation on safety of power batteries

动力电池能量密度的提升对于其安全性的测试评价技术提出了更高的要求。本文针对目前动力电池安全性的测试标准体系和评价方法等进行了总结和分析。具体的,在电池单体层面,分析了本征安全性（热稳定性）的表征方法以及触发安全性的测试标准体系现状及发展趋势等,在电池系统层面,重点探讨了电池系统安全性测试的标准体系以及热扩散的测试评价方法,希望能够为建立更加科学的定量测试与评价方法提供借鉴和参考。     

A review on thermal management techniques for lithium-ion battery

随着新能源汽车的广泛使用,动力锂离子电池的热安全性问题日益突出。本文以Bernardi生热机理为基础,耦合不同物理量,分别从电化学-热耦合模型、电-热耦合模型和热滥用模型来介绍单体电池的热特性。由于电池能量密度的增加与行驶工况复杂程度的提高,动力锂离子电池容易发生热量堆积,甚至造成热失控,对此,文中梳理了商用动力电池包的常用冷却方式。最后,根据对影响电池模组安全性的热失控蔓延机理及实测结果,介绍了阻断单体及基本模块热失控传播的有效方法。     

基于数据分析方法的动力电池系统滥用故障诊断

为了提高对于电池滥用故障的检测能力和诊断效率,针对电动汽车动力电池系统以电压、电流和电功率作为主要控制参数的特点,提出了一种基于数据分析方法的动力电池系统滥用故障检测方法。该方法采用局部异常因子(LOF)算法和感知器网络,研究由于电池滥用对电压、电流等数据的一致性和离散分布的影响。结果表明,由于故障造成的异常数据点,其LOF值远大于正常数据,在感知器分类结果中通常输出为“0”。利用局部异常因子算法可以有效找出数据集中的异常数据点,利用LOF算法处理后的数据对感知器进行训练,可以对数据集进行快速分类,进而判断电池是否发生了滥用故障。该方法可为动力电池系统故障检测提供参考。     

Analysis of safety performance of lithium-ion power battery during life cycle based on non-destructive testing

基于在不同条件下对车用三元锂离子动力电池的充放电循环试验，分析电池寿命衰减程度及其影响因素。利用X-ray无损检测技术，测试以不同倍率大小电流进行充放电循环前后三元锂离子动力电池的内部结构变化，并评价了电池寿命衰减和安全失效程度，为研究电池寿命衰减及安全失效提供了新的方法。在充放电循环周期过程中，随着电池容量的不断衰减，基于无损检测技术可以获得电池内部结构出现越来越明显的缺陷，说明电池的寿命衰减速度越来越大，其安全性也越来越差。以不同倍率大小电流进行充放电循环后，将不同SOH状态下内部结构的断层扫描图像进行对比，发现车用三元锂离子动力电池的内部结构发生了不同程度的变化，说明与循环前相比电池的使用寿命有不同幅度的衰减。     

Recent progress in lithium-ion battery thermal management for a wide range of temperature and abuse conditions

Lithium-ion batteries are important power sources for electric vehicles and energy storage devices in recent decades. Operating temperature, reliability, safety, and life cycle of batteries are key issues in battery thermal management, and therefore, there is a need for an effective thermal-management system. This review summarises the latest research progress on lithium-ion battery thermal management under high temperature, sub-zero temperature, and abuse conditions. Heat generation mechanisms are characterised under both normal and abuse conditions. Different cooling methods, which include air cooling, liquid cooling, phase change cooling, heat pipe cooling, and their combinations are reviewed and discussed. Thereafter, features of different battery heating methods such as air/liquid heating, alternate current heating, and internal self-heating are discussed. An improvement in battery safety under abuse conditions is discussed from the perspective of battery material modification and thermal management design. The research progress in recent investigations is summarised, and the prospects are proposed.     

Brief analysis the safety of solid-state lithium ion batteries

锂二次电池因其具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点,使得其在便携式消费电子产品、电动汽车、能量储存等领域具有广泛的应用前景。目前,锂二次电池的能量密度和安全性是当今世界的研究热点。但对于传统液态电解质的锂离子电池而言,尽管从材料、模组、电源管理、热管理、系统设计等各个层面均采取了多种改进措施,然而高能量密度电芯的安全性问题依然突出,热失控问题难以彻底避免。因此,为了提高锂电池的安全性,发展理论上不易燃的固态锂电池是解决锂电池安全问题的必由途径。本工作比较了传统液态锂离子电池与固态锂电池结构特征,总结了其各自优缺点,进一步深入剖析了传统液态锂离子电池安全问题产生的根本原因,提出了解决锂离子电池安全性问题的最佳方案,并通过对自主研发的系列容量固态锂（离子）电池的安全性能进行测试,证实了固态锂电池的高安全特性。     

The corresponding relationship of cycle life for LIB from three-dimensional

动力电池寿命极大程度上影响电动汽车使用寿命,是决定车辆经济效益的重要因素。除已有研究的单体寿命外,模组和电池系统寿命接近整车使用状态,更具有研究意义。在电池单体基础上,增加模组和电池系统,率先构建单体-模组-电池系统三维层级。以锰酸锂软包单体电池为最小电池单元,研究以此构成的两个型号、三维层级间电池循环老化过程中电化学特性、容量衰减和循环温度变化情况。结果表明,特定冷却环境下,在循环容量衰减方面,三个层级间关系为电池系统衰减 > 模组衰减 > 单体衰减;在循环温度方面,模组温度 > 单体温度 > 系统温度。电池三维层级关系构建的结果,说明了循环容量衰减和循环温度两方面的层级间构效关系,为锰酸锂动力电池体系循环老化过程研究提供参考。     

Testing of the performance and energy-storage applied for retired LiFePO4 batteries

针对某电动公交车退役LiFePO₄动力电池,测试了电池的容量、直流内阻、常温下的储存性能,进而测试电池的倍率充放电性能、高低温特性和循环性能,分析了新旧电池相关参数的差异及变化规律;在此基础上,重组电池模组,测试其循环性能;最后集成了1MW·h梯次利用电池储能系统并参与风电平滑。结果显示,该动力电池容量衰退初始容量75%左右时,直流内阻只有小幅增加,电池常温下的储存性能、倍率性能、高低温性能下降不显著,电池单体和模块的循环性能良好,显示出该退役LiFePO₄电池具有较好的梯次利用价值。     

锂离子电池热管理技术

电动汽车在应对气候变化和减少碳排放方面显示出了巨大潜力,电池作为电动汽车的动力来源,在性能和安全方面受温度影响很大。一套有效的热管理控制系统能使电池组温度保持在最佳工作范围内,提高整车的续驶里程。主要总结了目前对电池进行散热和保温的主流电池热管理技术——风冷、液冷、相变冷却、热管冷却以及电池加热技术。提出电池热管理技术应往智能化、集成化、与机器学习相结合、能够自适应调节电池生态温度的方向发展,将会有很大的研究空间。     

低温下电池系统台架试验液冷控制方法的优化研究

随着电动汽车快速发展,对动力电池性能的要求日益严苛,电池热管理技术的升级优化变得十分迫切。由于国内缺乏电池系统试验水冷控制策略规范,台架试验与整车试验中的电池系统性能表现差异较大,导致试验结果严重脱节,系统级试验失去了原有的测试验证意义。本文对液冷台架试验方法的实际应用开展研究,通过功率、冷却液比热容、进出水口温差、流量等因素的关联计算,优化了电池系统台架液冷控制方法,使台架试验能够更好地模拟实际整车水冷情况。通过对电池系统进行 -20℃低温快充、-10℃低温快充和 -20℃低温慢充三项试验,验证了该电池系统台架液冷控制方法在低温下的改善效果。相较于传统台架液冷试验方法,采用该液冷控制方法能够使电池系统的温度及电性能更符合实际整车变化,保证了电池系统在系统级试验阶段与整车级试验结果保持一致,实现了电池系统在台架液冷试验的真实性能考核。