锂离子电池负极析锂问题的分析及对策

随着锂离子电池应用领域的拓宽和电子产品的快速迭代，对安全性能和极速充电能力提出了更高的要求。在锂离子电池的极速充电过程，易在石墨负极表面析出金属锂，产生电池容量衰减、安全风险增加、使用寿命缩短等诸多问题。阐述了负极析锂的机理。列举了负极析锂的三种分布状态，并说明了这些分布状态形成的原因。分析了负极析锂的影响因素，如电芯N/P值、充电温度、充电倍率、过充、Overhang设计。提出了解决负极析锂的对策。对负极析锂问题的研究现状进行了总结，并提出了未来负极析锂的可能研究方向。     

锂离子电池恒流充电的温度及产热特性分析

基于COMSOL-Multiphisics仿真软件,考虑电池表面辐射换热,建立18650磷酸铁锂电池的准二维电化学-热耦合模型,搭建充电测试平台验证模型准确性,研究不同充电倍率下锂离子电池的温度特性,重点分析不同类型产热占比、不同区域产热占比、正极产热和负极产热情况.结果表明:随着充电倍率的增加,电池表面平均温度显著升...     

基于参比电极的析锂电池安全充电控制

电池系统是支撑下一代新型电网的关键,然而随着使用次数增加电池性能会逐渐衰减,导致充放电能力大幅减弱。因此,本文针对三元锂离子电池,通过制备参比电极,揭示了不同温度充放电循环后电池充电性能变化。首先,设计了不同温度下的充放电循环实验,得到低温循环与高温循环两种状态下的电池;其次,通过植入参比电极标定安全充电曲线对比不同状态电池的负极电位情况,发现高温循环后的电池发生了析锂,并且在300 A电流充电持续时间上对比新鲜电池降低了76.19%;最后,对析锂后的电池建立了安全充电荷电状态-温度-电流等高线图。对比新鲜电池后发现,相同温度和荷电状态区间电池200A以上的充电能力减少了69.84%。电池发生析锂副反应后会严重影响电池充电性能,需要在实际的锂离子电池全寿命周期管理中予以考虑。     

以Li_4Ti_5O_(12)作负极的聚合物锂离子电池的性能

应用纳米级钛酸锂粉末作为负极活性材料制作聚合物锂离子电池,并对电池进行测试.分析和评价了其电压特性、倍率充电特性、倍率放电特性、低温放电特性、循环寿命以及安全性能,同时与石墨负极的聚合物锂离子电池进行了比较.研究表明,钛酸锂负极的聚合物锂离子电池在安全性能、倍率充放电性能、低温特性等方面超过石墨负极的聚合物锂离子电池,能够适合于在混合动力汽车和电动汽车上的应用.但电池的能量密度需要进一步提高,同时制作的成本需要进一步降低.     

基于实时阻抗估计的析锂检测

提出一种基于动态电化学阻抗谱(DEIS)技术的锂离子电池阻抗分析的析锂检测方法。在充电电流上叠加正弦电流,实时检测电池低频阻抗虚部,当充电早期低频阻抗虚部出现谷值特征点,则表明在该条件下析锂已经发生。在多个温度和充电电流下检测了两类锂离子电池。通过电压弛豫曲线法验证了所提出的DEIS技术的有效性。实验结果表明,所提方法能够有效检测不同温度、倍率的三元锂和钴酸锂电池发生的析锂现象,可有效降低析锂发生率,支持新的快速充电方式开发以优化获得最优充电时间。     

炭黑与石墨混合炭材料对铅酸电池负极性能的影响

本文考察了加入不同含量混合炭材料(如炭黑与石墨)的铅酸电池负极的电化学性能。通过循环伏安测试,研究了炭材料对负极氧化还原性能与析氢电位的影响。通过扫描电镜测试,观察了负极微观形貌的变化。充放电测试结果表明,铅酸电池负极活性物质中炭材料的含量对其倍率放电性能具有重要影响。适量添加炭黑与石墨的混合材料,可以提高负极高倍率条件下的放电容量。当添加3%炭黑和2%石墨混合炭材料时,对负极充电时的析氢电位影响较小,10 C放电条件下得到较高容量。     

脉冲充电模式下的电池外特性分析

随着能源互联网、电动汽车等行业的发展，储能电池成为了科研界与工业界的研究热点。在电池的循环使用过程中，迫切需要探索更加安全、快速、有效的充电方式。基于MATLAB/Simulink仿真软件建立了考虑非线性效应的电池电化学模型，研究其在不同充电电流倍率、脉冲频率及脉冲占空比下的电压和容量响应，探究其在脉冲充电模式下的电路状态变化特性。仿真结果表明，在大倍率的充电电流下，脉冲工作模式可以使得电池的可用容量提升5%及以上，该结果为脉冲充电工作模式后续研究提供了参考。     

电量微分法研究锂离子蓄电池碳负极锂的析出

用中间相炭微球(MCMB)作负极材料,LiCoO2作正极材料,分别制成方型063048锂离子蓄电池和圆柱型14500锂离子蓄电池。研究不同充电电压对充放电容量的影响,并在一定的正负极配比情况下用电量微分法确定电池负极析锂的析出电压。方型电池析出锂的充电电压为4.20～4.25V,圆柱型电池析出锂的充电电压为4.15V。并对两种电池的内阻进行测试,发现圆柱型电池内阻小于方型电池,因而析出锂的电压低。考察温度对电池充电电压与容量关系的影响,发现在15～45℃范围内,温度对其影响很小。     

磷酸铁锂电池梯次利用健康特征参数提取方法

动力电池梯次利用技术是电动汽车发展后时代的关键技术。以磷酸铁锂动力电池为研究对象,首先以伪二维电化学反应机理模型为基础,仿真分析不同充放电倍率和工况实验环境下电池端电压过电势组分情况,得出在低倍率恒流充放电以及脉冲工况放电过程中,电池的过电势均值近似恒定。以此现象为基础,设计了电池健康状态特性参数提取方法。首先,基于非线性最小二乘法实现了低倍率恒电流充放电的电池容量相关参数的提取;然后,将该方法与已有的电池开路电压、阻抗参数提取方法结合,实现了在低平均倍率、脉冲工况下的电池容量特征和内阻特征参数的提取;最后,通过实验验证了该方法的有效性。该方法可为磷酸铁锂电池的健康评价、梯次利用再分类与再成组提供依据。     

基于状态与模型参数联合估计的老化电池可充入电量估计方法

在电力系统中,电池储能得到了广泛的应用,为了保证电池储能系统的运行效果,有必要对电池状态进行准确估计,电池实际可以充入的电量在一定程度上决定了电池的能量存储能力,然而仅通过电池电压、电流和温度等外部特性参数难以准确体现电池实际可充入电量状态,尤其在电池健康状态衰退的不同阶段其可充入电量估计问题一直以来都难以得到有效解决。因此,该文以Thevenin等效电路模型为基础,提出了电池可充入电量的概念,构建了可充入电量与电池开路电压（OCV）的对应关系曲线,分析了电池老化后直流内阻变化对电池可充入电量的影响,提出了基于双自适应双扩展卡尔曼滤波（ADEKF）的电池状态和模型参数联合估计方法,实现了任意老化状态电池的可充入电量在线估计。以3节不同老化程度的三元锂电池为研究对象,在联邦城市运行工况（FUDS）下验证电池状态和模型参数估计结果,在0.5C倍率恒流充电工况下验证可充入电量损失的估计结果。实验结果表明,对于新电池,FUDS工况下可充入电量估计误差小于1%,对于实验用老化电池,最大可充入电量估计误差为2.7%。通过3节不同老化程度电池在恒流0.5C倍率恒流充电下的状态估计结果比较,进一步验证...     

不同倍率下磷酸铁锂电池模组过充热失控特性研究

随着电化学储能技术在电力系统中的广泛应用,电化学储能技术的安全性越来越受到重视。文中以储能用磷酸铁锂电池模组(8.8 kW·h, 25.6 V,344 A·h)为研究对象,进行3次不同倍率(0.4C,0.5C,1C)的恒流过充试验,研究其在不同充电倍率条件下的过充热失控特性,并辅以starccm+软件进行热场仿真计算。结果表明,电池模组在额定充电倍率0.5C(172 A)和1C(344 A)下持续过充会发生起火,起火时间随着充电倍率增加而减少;充电倍率对磷酸铁锂电池模组过充行为特性影响较大,随着充电倍率的增加,热失控最高温度和峰值电压升高,过充测试时间随着充电倍率的升高而降低;不同充电倍率条件下,电池安全阀首次打开时的电压均为1.7倍额定电压,可以进一步研究以作为电池热失控预警参数。文中研究成果可为规模化储能用磷酸铁锂电池的安全性研究和电池管理系统(BMS)对过充故障的安全管理提供参考。     

单体电压不一致性对锂电池储能系统容量衰减的影响

电池的不一致性是指同一规格、同一型号的电池在电压、内阻、容量等方面的参数差别。其中,电压不一致性的表现相对直观,也容易被测量。在MW级电池储能电站中,需要通过串并联成组来满足储能系统的电压等级和容量需求,电池单体数量高达几万节,而单体电池不一致性的存在,将不可避免地影响储能系统整体性能。针对200 kW/200(kW·h)锂电池储能系统和250 kW/1(MW·h)锂电池储能系统在不同时间阶段进行容量标定实验,经过长期运行后,分析单体电池电压不一致性对电池系统容量衰减的影响。结果显示:经过2年的运行,250 kW/1(MW·h)锂电池储能系统充电性能衰减了4.24%,放电性能衰减了2.6%,单体电压不一致性变化不大,而200 kW/200(k W·h)锂电池储能系统充电性能衰减了25.976%,放电性能衰减了27.120%,说明具备充放电均衡控制策略的锂电池储能系统能够很好地改善单体电压不一致性变化;250 kW/1(MW·h)储能系统已累计运行相当于100%DoD(depth of diacharge)充电27.11次,相当于100%DoD放电23次,充放电次数是造成该储能系统容量衰减的主要原因。     

储能锂电池组串现场容量试验方法研究

储能锂电池组串由大量锂电池串并联组成,由于其电压高、电流大、容量大,无法使用电动汽车锂电池模组容量试验方法。描述了储能锂电池组串容量的定义,分析了充放电倍率、温度、充放电截止电压对锂电池容量试验的影响,比较了锂电池容量试验标准,并根据不同厂家电池组串容量试验方法,提出了一种具有通用性的储能锂电池组串现场容量试验方法,该试验方法对储能电池维护工作具有指导作用。     

风能电动汽车储能电池的建模与智能充电

分析了锂电池的结构特点和非线性的数学模型以及充电形式,在Matlab/Simulink中建立了锂电池的非线性仿真模型,采用模糊控制跟踪最大可接受充电电流,通过仿真,验证了锂电池的非线性模型的正确性,在最大可接受充电电流下,锂电池的输出电压和荷电状态(SOC)值缓慢上升到期望值,实现了智能充电。     

基于电池电流前馈控制策略的两级式双向储能变流器控制

当下储能发展的速度以及多样性催生了多种不同电压等级的储能电池,所以能适应不同电压等级电池组的双向储能并网系统是当下分布式发电发展的关键,而由于直流的DC/DC变流器具有升压功能,所以将直流斩波与逆变背靠背设计能够满足此条件,但是由于在电池充放电过程中直流母线电压存在严重暂态波动,严重降低了储能系统的稳定性。为此本文针对背靠背的储能变流控制系统在充放电过程中所出现的暂态性提出一种基于电池参考电流前馈补偿控制策略,并采用不同电压等级的电池接入系统进行仿真验证。     

阶梯式快速混合储能系统设计及控制策略研究

针对微风、弱光条件下,风能、太阳能发电系统中储能设备效率低的问题,提出超级电容器阶梯式快速储能模型,并以超级电容器和锂电池为基本储能元件设计了阶梯式快速混合储能系统。基于超级电容器快速充放电的特点,将多个超级电容器串联,设计了一种阶梯式快速储能设备。利用锂电池能量密度大的特点,将阶梯式快速储能设备与锂电池结合,设计实现了一种阶梯式快速混合储能系统。该系统可实现充电、控制、保护和显示等功能。经过试验验证,该系统可解决风力、光伏发电机在微风、弱光状态下,电池低电压运行的储能问题,有效提高了微能的利用率。     

风储电池能量管理系统的功能设计及实验分析

主要对10 kW/20 kWh风储锂电池的能量管理系统进行设计,所设计的系统共包括2部分:储能管理单元和电池管理单元。其中的储能管理单元不仅可控制电池储能系统充电和放电、还可监测其状态并对所收集的数据进行分析;电池管理单元可通过监测电池的温度和电压等对电池进行实时保护和均压控制,通过这2个系统的相互协调可对储能系统的充放电过程进行安全动态管理。通过实验对所设计系统的有效性进行验证,从而为锂电池储能系统在工程中的应用奠定一定的基础。     

锂电池储能并网变换器的设计与实现

并网变换器为锂电池储能系统实现并网的核心部件,为实现锂电池储能系统与电网的双向功率交换,提出了锂电池储能并网变换器设计方案。该系统以赛米控智能集成功率模块作为主要功率器件,通过电感–电容–电感(LCL)滤波器接入电网,控制系统采用开放的分层控制架构。利用该设计方案研制了样机,样机试验结果验证了该设计方案的可行性,样机能够完成锂电池储能系统的不同充电模式,相关参数可以满足并网要求。     

基于双铅碳电池储能系统的微电网优化运行控制策略

针对风力、光伏发电与电动汽车充电波动性威胁微电网安全运行问题,基于对铅碳电池全生命周期内吞吐电量与充放电深度关系的研究,提出了基于双电池储能系统(DBESS)运行平衡度指标控制的充放电模式切换路径优化策略,以及基于铅碳电池最佳充放电深度的DBESS充放电控制策略。利用包含风光发电、双铅碳电池储能系统、锂离子电动汽车充电和常规负荷的实测运行数据,对上述控制策略与传统控制策略的计算结果进行了对比分析,结果表明所提出的控制策略不仅可以达到优化DBESS充放电路径的目的,最大限度拓展DBESS可用容量,还可打破DBESS始末荷电状态一致的限制,提高储能系统使用灵活性。最后以DBESS充放电饱和能力指标及充放电稳定性指标为评价标准,验证了所提出控制策略的合理性和有效性。