车用锂离子电池电化学-热耦合高效建模方法

精确的电池模型是车用锂离子电池系统状态估计和能量管理的基础.电化学机理模型用途广、精度高,是下一代电池管理系统的重点研究对象.然而,目前电池电化学机理模型建立过程中存在参数获取困难、依赖后期参数标定等问题.为此,提出一种大容量车用锂离子电池电化学-热耦合高效建模方法.将电化学机理模型的参数进行分类,对可测量/辨识参数(几何尺寸、正负极初始化学计量比和固相颗粒最大嵌锂浓度等)进行精确的测量和参数辨识.利用不同温度下的脉冲充电试验来标定固相扩散系数Ds和反应速率常数ko进一步地,建立电池产热模型,搭建考虑温度影响的电池电化学-热耦合模型.不同倍率充放电、不同温度下的脉冲放电和动态应力工况测试下试验验证结果显示,所搭建的模型具有很好的精度和适应性,电压平均误差小于10 mV,温度平均误差小于1.1℃.参数敏感性分析结果显示固相扩散系数Ds的减小会导致电极颗粒内部锂离子浓度差变大,从而使得颗粒表面电势提前达到截止电压,降低电池容量;反应速率常数k的减少主要影响电池阻抗,将造成放电电压曲线整体下移和产热增加.所提出的建模方法可以快速高效地建立精度高、普适性好,成本低的电池电化学-热耦合模型.     

基于传荷电阻的锂离子电池剩余寿命预测研究

锂离子电池的剩余寿命预测对实现高效、精准的电池管理和维护具有重要意义.电化学阻抗能够反映锂离子电池内部物理化学过程特性,在电池寿命问题研究中被广泛应用.特别地,传荷电阻描述电极界面过程进行的难易程度,可用来表征电池的寿命状态.通过开展四种工况的锂离子电池老化试验,获取传荷电阻随寿命衰减的演变规律.采用贝叶斯信息准则,对多种寿命衰减经验模型进行评价,选择并确立一阶多项式形式的经验模型.在此基础上,提出基于粒子滤波算法的剩余寿命预测方法.结果 表明该方法可准确实现锂离子电池的剩余寿命预测,从而能够为电池管理和维护提供必要的电池寿命信息.     

锂离子电池正极材料研究进展

锂离子电池正极材料是制造锂离子电池的关键材料之一。就锂离子电池正极材料的研究进展进行了报道,着重介绍了LiCoO2和LixMn2O4两种正极材料的研究情况、制备方法和其电化学性能的影响因素。     

锂离子电池电化学-热耦合模型对比研究

电池模型对电池系统的健康管理和故障诊断至关重要。随着电池技术的发展,电化学模型正成为研究热点。电化学模型由偏微分方程构成,计算复杂度高。模型数学重构和模型结构简化是两类降低复杂度的方法。不同复杂度模型的对比研究可为模型工程应用选择提供指导,然而现有研究多基于仿真数据且忽略了温度对电池电化学行为的影响。针对上述不足,通过理论分析、数值仿真和试验测试开展了电化学-热耦合模型的对比研究工作。基于理论与仿真分析,明确不同模型的误差来源;通过敏感性分析,提升了模型参数的辨识精度和效率;通过耦合热模型,考虑温度对电化学反应的影响,并在-10℃至45℃区间开展试验验证。结果表明,反应电流的均匀分布假设是简化模型的主要误差来源。该假设在低倍率条件下成立,在大倍率下将造成较大误差;耦合热模型来引入温度修正可有效提升电化学模型在不同温度下的精度;非简化的电化学-热耦合模型在不同温度和工况下均能保证高精度,端电压均方根误差小于25mV。简化的电化学-热耦合模型在小倍率工况下精度较好,但在低荷电状态和大倍率工况下将出现明显偏差,其最大端电压方均根误差超过50mV。     

离子选择性电极电位仪温度校正方法探讨

选择两校正溶液之一并测量该溶液在两个不同温度下相应的电压值,即可求出E°的温度系数,从而提供了不但对电极斜率而且对E°进行温度校正的可能性.对按这种温度校正方法设计的通用数字离子计的初步测试表明,本文提出的温度校正方法是行之有效的。     

硫氮共掺杂柔性电极的制备及其储钠研究

锂离子电池在当下的二次储能技术中已经占据了主导地位,但锂资源逐步高涨的成本和较低的储量已经成为其进一步发展的阻碍。相比锂资源而言,钠资源具有更高的储量和更低的成本,因此钠离子电池更具有成为下一代储能电池的潜力。文章采用静电纺丝结合热处理的方式制备了一种硫氮共掺杂的碳纳米纤维,并将其作为自支撑材料用于电池负极,结合系列电化学性能测试证明本实验所制备的碳纤维具有优异的性能。这种碳基材料的制备方式也为构建新型钠离子电池提供了借鉴。     

不同微波时间的硫/膨胀石墨阴极材料锂硫电池性能研究

随着高科技电子产品的不断发展,电池扮演着越来越重要的角色,同时,人们也越来越注重电池的性能。由于锂离子电池理论比容量有限,难以满足目前对更高能量密度的需求,而硫电极理论比容量可高达1 675mAh/g,以硫与金属锂构建的锂/硫二次电池体系的理论能量密度达2 600 Wh/kg,远大于现阶段所使用的商业化二次电池。采用微波法成功制备了硫/膨胀石墨复合材料,通过控制微波时间可实现对硫含量的控制。对材料进行了扫描电镜、热重和X射线衍射等研究,结果表明,复合材料中确实存在硫,且在同一比例时,随着微波时间的延长,硫含量逐渐减少。电化学研究结果表明,在0.5 min时,材料具有最好的电化学性能,首次放电容量达650mAh/g。     

电极表面修饰和添加剂对高功率Ni-MH电池性能的影响

对Ni-MH电池正负极片修饰技术进行了研究。结果表明：该方法可增强电极的导电性,降低电池的内阻,提高电池的充放电效率和大电流放电能力,改善了电极的电化学性能。利用极片修饰技术制备的高功率D型Ni-MH的比功率和循环寿命均有提高。在电解液中,添加微量添加剂nT明显降低电池充电后期的内压,提高电池的充电功率和循环寿命。     

干嵌法锌空电池生产线张力控制系统设计

随着人们环保节能意识的增强,锌空电池越来越受到人们的重视.采用干嵌法制造锌空电池极片对于对锌空电池的推广有重要意义.设计了一种基于工控机和运动控制卡的干嵌法锌空电池生产线张力控制系统,对于推动锌空电池生产线的发展有实际意义.     

基于Peukert方程的动力电池荷电状态卡尔曼滤波估计算法

电池荷电状态（SOC）受到温度、电流、循环寿命等因素的影响,Peukert方程是一种很好的计算电池容量方法。传统Peukert方程没有考虑温度的影响,而温度变化会导致Peukert方程常数n和K的变化。因此,建立了基于温度和电流变化的Peukert方程,利用安时法和复合电化学模型建立电池模型状态方程和测量方程,采用扩展卡尔曼算法实现电池荷电状态动态估算。结果显示,基于温度修正Peukert方程的镍氢电池荷电状态估计算法精度比传统安时法提高7%~8%。     

基于等效电路模型的锂离子电池峰值功率估计的对比研究

锂离子电池的功率状态(State of power,SOP)估计在电动汽车的电池管理系统中起着至关重要的作用.准确的参数化模型为SOP估计提供了重要的参数和结构信息.从电池内部机理出发,总结用于表征电化学反应过程的等效元件及方程所构成的等效电路模型,并推导其电压仿真表达式.针对模型参数边界不准确而陷入局部最优和计算效率低的问题,提出基于电化学机理的参数边界确定方法.以DST工况为参数辨识数据集获取八种参数化模型,从模型精度和计算效率来验证参数化模型在FUDS工况下的鲁棒性和时效性.针对非线性模型无法获取峰值功率解析解问题,提出了基于多约束的SOP优化估计方法.最后,根据DST工况+恒功率下获取的SOP真值以验证所提算法在SOC10％放电和90％充电下的有效性.结果 表明,温度对电化学反应和扩散限制的主导地位影响显著,所提模型最优估算方法在高低SOC区间的SOP估计误差均在8％以内.     

动力电池综合参数自动分选成组技术

目前在电池分选及成组过程中,大多数企业还不能完全实现自动化,需要靠人工辅助完成整个作业,因此本文提出采用基于改进的模糊聚类算法,利用电池自动检测平台并结合尺寸链优化技术,实现电池分选成组的自动化.首先,利用自动检测平台获取动力电池性能参数.然后,使用智能算法对电池进行首次分选.最终,对首次分选后的电池利用尺寸链优化技术实现电池成组.实验表明,此方案可以在动态流水线上自动完成电池的分选和成组,不仅保证了电池的电性能和几何性能,而且减少了工人作业时间,提高了企业的生产效率,满足企业的需求.     

锂离子电池正极材料研究进展

锂离子电池正极材料是制造锂离子电池的关键材料之一。就锂离子电池正极材料的研究进展进行了报道，着重介绍了LiCoO2和LixMn2O4两种正极材料的研究情况、制备方法和其电化学性能的影响因素。     

双卡尔曼滤波算法在锂电池SOC估算中的应用

以在线估计锂离子电池组的荷电状态(SOC)为目的,建立了双卡尔曼滤波(DEKF)算法.以Thevenin电池模型和卡尔曼滤波算法为基础,对电池模型建立了状态空间表达式.分别采用最小二乘法和DEKF算法对该模型参数进行辨识,提高了该模型的精度,使电池模型能够较好地反映电池内部的真实状态.介绍了双卡尔曼滤波算法在线估算荷电状态的原理,并设计了相关的电池测试实验.实验结果表明在不同的工况环境下,该算法在线估计SOC具有较高的精度和对环境的适应度,最大误差小于4.5％.最后,验证了DEKF算法具有较好的收敛性和鲁棒性,可以有效解决初值估算不准和累积误差的问题.     

基于电化学-热耦合模型的锂电池热源分析

锂离子电池在使用过程中的产热情况会影响电池性能。以磷酸铁锂电池为研究对象,建立了三维电化学-热耦合模型,模拟了不同放电倍率下锂离子电池的平均温度及内阻变化情况,分析可逆热与不可逆热对电池产热的影响。随着放电倍率的增大,电池平均温度升高,内阻变大,电池外部与内部温度场呈不均匀化;可逆热与不可逆热是影响电池产热的主要因素。     

混合动力汽车电池管理系统的分析

研究了用于混合动力汽车的镍氢动力电池管理系统.该系统采用集中式测量方案,具有安装简单、抗干扰能力强等优点;在此基础上设计了电池管理系统软件.该软件以单片机为核心,可有效地实时监测动力电池的各种运行参数,判断电池的状况及故障报警,系统运行稳定、可靠,延长了电池的使用寿命.     

固相反应烧结制备锂离子电池正极材料LiFeBO_3及其电化学性能

以氢氧化锂、草酸亚铁、硼酸为原料,采用固相反应烧结法制备硼酸铁锂(LiFeBO3)正极材料;并采用X射线衍射仪、扫描电镜以及电池测试仪等对其物相组成、微观形貌和电化学性能进行了研究。结果表明:在750℃烧结的LiFeBO3结晶度最高、颗粒尺寸均匀、电化学性能最好;在0.1C充放电倍率下此正极材料电池的首次放电容量可达154.6 mA·h·g-1,而0.2C,1C和3C倍率下其首次放电容量分别为118.3,93.3,51.8 mA·h·g-1;经25次充放电循环后,其放电容量保持在81 mA·h·g-1,稳定性良好。     

锂离子电池参数辨识与状态估计

对锂离子动力电池的电化学特性进行分析,基于其电化学特性在Matlab/Simulink建立了能斯特模型,仿真实验证明了电池模型的准确性,以RC二阶等效电路模型基于最小二乘法进行在线参数辨识,并引入卡尔曼滤波算法进行SOC估算,完成对电池管理系统的初步设计与验证,并在Matlab/Simulink中通过仿真证明了改进模型在纯电工况下的可行性与准确性。     

车用锂离子电池系统热蔓延试验与机理研究

动力电池的安全问题始终阻碍着电动汽车的推广,而热失控是安全问题的主因.锂离子电池在极端滥用条件下会发生热失控,同时热失控的能量会引发模组乃至系统的热蔓延.目前,单体热失控及模组热蔓延的机理被广泛研究,有关系统层级的热蔓延研究还较少.为研究电池系统热蔓延的机理,进行电池系统热蔓延试验.根据试验中系统热失控能量释放的剧烈程度,将电池系统热蔓延分为三个阶段:始发模组内热蔓延、模组间热蔓延和轰燃.此外,根据模组的不同受热情况,模组内热蔓延的规律可总结为顺序蔓延、同步蔓延和倒序蔓延三种模式.最终,结合蔓延表征结果和电池系统结构,发现液冷板对系统蔓延路径起到导引作用,以及当系统上盖破损后,电池热失控时会伴随着火焰,进而加速系统热蔓延过程,同时还验证了空气间隙对热蔓延的延缓作用.研究揭示了电池系统热蔓延的特征,为电池系统的安全性设计提供了依据.     

电动汽车电池测试系统建模与仿真

针对电动汽车运行过程中产生的谐波会造成电池放电不均匀及导致电池使用寿命减短的问题,为了快速地测试不同电感电容对直流母线谐波的抑制效果,在Simulink下搭建了以电池模型为核心的电池测试系统模型.通过对现有3种常用电池等效电路模型的对比和二阶RC模型的分析,详细描述了电池二阶RC模型中各个部分的作用.采用电池实际放电时采集到的数据,通过最小二乘法对电池开路电压与SOC之间非线性关系进行了曲线拟合,同时对等效电路中的电阻电容参数进行了辨识;介绍了矢量控制算法的原理并采用该控制算法对电机驱动系统进行了建模;最后,建立了整个系统的模型,并设计了两个实验进行了验证.实验结果表明,从所建立的电池测试系统模型得到的数据与实际系统得到的数据相似,该模型可以用来仿真电动汽车运行实际电路.