车用锂电池充电技术综述

本文简单阐述了车用锂离子动力电池充放电的基本原理。在单体电池充电理论的基础上,对单体电池的充电方法进行了介绍和比较。根据国内外学者对电池组均衡充电的研究进展,总结了动力电池组均衡充电的各种技术,并对其性能进行分析,为动力电池充电技术的研究与发展提供参考。     

基于SOC的动力电池组主动均衡研究

动力电池单体容量不一致会导致动力电池组在充放电过程中失去平衡,影响动力电池组的使用效果,降低动力电池组的使用寿命.为了解决这一难题,本工作设计了一种基于荷电状态(SOC)值的主动均衡电池管理系统.该电池管理系统利用安时积分法估计动力电池组中各电池单体的SOC值,在此基础上计算动力电池组的SOC平均值,然后将各动力电池单...     

动力电池二次利用一致性分选研究

针对动力电池二次利用时单体电池不一致性影响电池储能系统整体性能的问题,研究长期使用后的退役动力电池关键参数的变化,分析现阶段动力电池的匹配成组筛选策略以及电池均衡算法,根据电池状态和参数变化信息选择合适的电池性能评价方法,通过对退役动力电池进行严格的筛选分组、均衡策略以维持整个电池组的一致性.研究表明,通过合理的电池匹...     

基于外部储能式动力电池放电均衡系统仿真研究CSCD

针对单体电池之间的差异使电池组在循环工作过程中出现充放电速率不一致,工作效率不高,能量利用率低及缩短使用寿命等问题,设计了基于超级电容下反激式多绕组变压器动力电池积极均衡电路。超级电容作为外部储能元件,配合多绕组变压器,以电池电压和荷电状态作为判断条件,进行单体电池能量均衡控制。仿真实验表明,该均衡电路及对应控制策略能够有效弱化电池组在工作过程中出现的木桶效应,提高电池组能量利用率,增加续航能力,延长电池组使用寿命。     

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。     

Application of lithium ion phosphate battery in 110 kV substation DC power system

本项目选用了两种不同的电池管理模式对磷酸铁锂电池组进行管理,并将组装好的两套电池组应用于110 kV变电站直流系统的日常运行.运行结果表明,磷酸铁锂电池可以在变电站替代铅酸蓄电池使用,并且可以浮充运行;运行过程中,单体电池的电压会由于电池充电态的变化下降或上升;单体电池的内阻呈现先下降再上升的变化;电池组的放电容量随着运行时间的延长出现每年3%左右的衰减(浮充电压为3.6 V);合适的电池管理模式能将电池组内单体电池的电压差保持在较小的范围,有利于电池组长寿命的运行.     

Analysis of equalization technology of series lithium-ion battery pack based on power frequency modulation

近年来,锂离子电池在储能电站调频领域得到了飞速发展。为满足调频电站的电压和功率要求,需将大量电池单体进行串联,如此产生的电池组串联不一致性问题,以及调频过程中高倍率和频繁切换充放电状态对不一致性程度的加剧,严重影响电池组的使用寿命和安全性能。针对上述问题,本文基于调频储能串联锂离子电池模组不一致性问题的形成原因,归纳分析用于改善电池组串联不一致性问题的均衡技术和均衡策略。其中,均衡拓扑结构按能量流向角度进行分类梳理,均衡控制策略则基于均衡的不同目标进行优劣分析。在此基础上对锂离子调频电池模组均衡技术的发展趋势进行展望。     

基于双向DC-DC变换器的串联电池组主动均衡电路

针对单体电池串联成组使用时出现不一致性的问题,提出了一种基于双向DC-DC变换器的串联电池组主动均衡电路。使用双向DC-DC变换器将单体电池中的高能量输送到能量低的单体电池中,无需额外的存储组件来存储和传送能量,减少了能量损失,提高了均衡效率。根据电池开路电压（open circuit voltage,OCV）与荷电状态（state of charge,SOC）之间近似分段线性的关系,采用以电压和SOC双变量作为均衡策略,通过相互实时修正电压均衡和SOC均衡,使得电池组间能量动态趋于一致。最后通过搭建由4节单体电池组成的均衡电路实验平台,对提出的均衡电路和均衡控制策略进行有效性验证。     

充换电站电动公交车自动有序充电系统设计

摘要： 对于服务于电动公交车的充换电站,单位时间内可供更换的动力电池越多,整站服务能力就越强。运用动态规划的充电控制策略和动力电池的状态评价体系,借助共享配电数据,关注站内负荷变化,调节充电功率消耗,达到站内自动有序充电的控制目标,实现可供更换动力电池数量最大化。同时,根据工位需求情况、可换电池组数等信息,通过充电机与其电气连接的充电架,设计对放置于电池架的动力电池自动充电功能,制定合适的自动有序充电计划。最后,跟踪电池全寿命周期信息,结合一段时间换电效率判断充电监控设计效果,提高整站自动化水平和运行效率。     

基于Cuk电路的多交错对称式均衡方案

均衡控制作为解决电动汽车电池组不一致性问题的有效方式,已发展成为汽车动力电池的关键技术之一.针对目前电感式拓扑均衡时间长、均衡速度慢的问题,本文提出了一种基于Cuk电路的多交错对称式均衡方案.以单体电池作为研究对象,引入中止参数,完成均衡策略的设计与优化,最终实现均衡控制.该均衡方案拓扑结构简单、均衡速度快,克服了传统电感式均衡能量转移路径长的缺点,并且实现了自适应调节均衡模块的控制信号占空比.最后搭建10节电池的均衡仿真模型进行验证,仿真结果表明了该均衡方案明显提高了均衡速度,改善了电池组的不一致性.     

A Li-ion battery management system for large-capacity energy storage

应用锂离子电池进行储能已成为大容量储能技术研究的重点,但为保证电池组的可靠性、安全性、一致性及使用寿命,必须设计电池管理系统来对锂离子电池进行有效管理。本文提出了一种适用于大容量储能技术的锂离子电池管理系统,该管理系统采用分层采集和管理的方法,分别对单体电池、电池组和储能子系统进行管理。文章详述了分层管理系统的结构、功能和管理策略,其中着重介绍了单体电池数据采集功能、电池状态估计功能和均衡管理功能,并进行了实验验证,给出了实验结果分析。实验结果证明了该管理系统可以满足实际的大容量储能应用需求,可以实现锂离子电池的高精度状态估计功能和高效均衡控制策略,具有很好的应用前景,为后续产业化发展提供了一种技术和思路。     

配电台区电池储能系统优化均衡控制研究北大核心CSCD

电力系统配电台区作为电能分配的关键单元,其核心部件储能电池组的显著特点是单体数量众多,针对储能电池组内各单体不可避免的一致性差异,提出一种基于K-means聚类的储能电池组自适应群组均衡控制方法。首先,引入一种均衡能量可以在任意单体间或包含任意数量单体的电池模块间转移的均衡拓扑;其次,提出群组均衡思想,通过K-means聚类将需要充、放电的相邻单体聚类成组,实现均衡能量在包含不同个数相邻单体的电池群组间转移;最后,通过仿真实验,验证了所提聚类群组均衡控制相比于基于极差的单体对单体均衡控制,初始SOC分布“中间高,两边低”“两边高,中间低”以及“均衡分布”的情况下,在保证均衡效率的同时,均衡速度分别提高了34.8%、19.8%和17.6%。仿真结果表明,基于K-means聚类的储能电池组群组均衡控制相比于单体对单体的均衡控制,可以显著提高均衡速度。本研究提出了大数量单体构成的储能电池组的群组均衡思路,有助于提高储能电池组的均衡速度,进而提高其能量利用率、循环寿命及安全性,促进储能电池组的应用。     

一种大规模链式电池储能系统分层式并行均衡器

针对大规模链式电池储能系统，提出一种分层式并行均衡器。该均衡器采用两层主动均衡：第1层均衡可实现电池系统中所有单体电池同时进行能量均衡，均衡速度快且不受串联单体电池数目的影响；第2层均衡可实现来自不同电池组的多个电池单元的并行均衡充、放电，均衡速度快、效率高。该文对均衡器工作原理和均衡控制策略进行分析，为验证所提均衡方法的有效性，搭建由12个单体锂离子电池串联组成的电池系统实验平台进行均衡实验。理论和实验结果均表明，该均衡拓扑的均衡速度快、均衡效率高、模块化强、易扩展。     

二次利用磷酸铁锂动力电池并联特性研究

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。     

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。     

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。     

圆柱形锂离子电池热管理实验研究

保持合适的运行温度是锂离子电池高效、安全、长寿命的保证,因而对其进行有效的热管理是非常有必要的。本文针对圆柱形锂离子电池,设计了嵌套电池表面的方形金属外壳,以强化电池散热和单体电池间传热。对比自然对流条件下电池单体加壳和无壳时不同放电倍率的温升情况、多个电池并联的温升情况,以及不同通风功率下多个电池并联时嵌套不同外壳的温升情况,发现加壳可以有效促进电池（组）散热。另外,设计了电池组内不同单体电池出现放电不均衡情况,以检验嵌套外壳对减小电池组内单体电池间温差的效果,结果表明,自然对流条件下,加壳后单体电池间最大温差可以降低10℃以上。     

Research progress in the consistency screening of Li-ion batteries

锂离子电池因综合性能优良,近年来在移动储能和固定储能领域的应用发展迅速。当多个单体电池通过串并联组成电池模组时,不仅电池组的能量低于电池单体能量的加和,电池组的寿命也明显低于单体电池的水平。除了电池运行环境不均匀（如温度场）外,电池组内部电池单体之间微小的不一致性也是造成电池组性能快速衰减的主要原因。依据电池组的结构建立电池一致性的筛选方法和标准,是目前锂离子电池模组研究中亟待解决的关键技术。本文回顾了近年来国内外锂离子电池一致性筛选方法研究领域的进展,对锂离子电池一致性的内涵进行了剖析,并重点对串联筛选方法进行了评述。     

Research and characterization of pulse charging strategy for lithium-ion traction battery

动力电池充电策略对提高电动汽车性能和使用寿命起着至关重要的作用。针对一种三元材料体系18650圆柱形电池进行脉冲充电策略研究,将其与标准恒流恒压充电策略进行综合比对,全面客观地分析脉冲充电策略关键参数对动力电池电性能的影响,并系统地评估了脉冲充电策略对电池寿命的影响。在循环寿命研究方面,采用电化学交流阻抗欧谱（EIS）分析不同循环周数和SOC下的交流阻抗,采用X射线断层扫描（CT）无损分析技术对循环500周后电池结构进行表征分析,揭示了带负脉冲充电策略对电池循环性能和结构影响的关系。     

电动汽车大功率充电过程动力电池充电策略与热管理技术综述

为实现"双碳"目标,电动汽车成为了交通工具转型的重要途径.但由于充电速度影响电动汽车用户体验,一定程度上制约了电动汽车的推广应用,为此,发展大功率充电是提升电动汽车市场渗入率的重要技术途径.然而,由于大功率充电带来的动力电池加速老化以及快速产热导致的动力电池组温度分布不一致性等问题,给电动汽车快速充电策略的制定和热管理系统的设计带来了新的挑战.本文从电动汽车大功率充电策略优化和电池组热管理系统设计两个角度,归纳了目前面向电动汽车大功率充电过程的管理技术研究现状.围绕大功率充电方式对动力电池性能的影响,评价了不同充电策略和热管理系统设计方法的优缺点.在此基础上,重点分析了电动汽车大功率充电策略及热管理技术发展中面临的挑战.