不同充电模式对锂离子电池极化特性影响

锂离子电池大电流快速充电成为近年来的发展趋势,但大电流充电很容易在电池内部引起严重极化,影响电池的性能与寿命。本文研究不同充电模式对锂离子电池极化特性的影响规律,首先,建立基于LiMn_2O_4/石墨电池的电化学-热耦合瞬态计算模型,充分考虑充电过程中电池内部的电化学过程和内热源实时变化,通过变电流充电时电池端电压变化和电解液浓度的空间分布规律,研究电池内三种极化的时变特性。然后,研究不同恒流充电倍率下电池端电压和极化电压随SOC的变化规律,提出表征电池极化程度和极化电压对电池充电过程影响的变量P_A与SOC_c,定量分析不同充电条件下极化电压对锂离子电池充电过程的影响。最后,研究Reflex快速充电条件下极化电压的变化规律,分析不同正向充电时间t_(ch)对电池极化及充电过程的影响,并给出了建议t_(ch)值。结果表明,极化电压受充电电流和SOC的直接影响,而其变化又直接影响电池端电压的变化,Reflex快充方法能有效抑制电池极化,减弱其对充电的影响。     

基于恒定温升曲线的多段恒流充电方法

充电过程中温升过高,会影响锂离子电池的充电效率、缩短寿命。建立直流内阻随荷电状态(SOC)和电流变化的关系;确定随SOC变化的电池充电电流可接受能力曲线,并依据各个阶段的充电可接受能力,分配对应的温升量,得到充电优化温升曲线。用设计的模糊控制器调整充电电流,使电池温度跟随优化温升曲线,控制电池温度,缩短充电时间。与传统多段恒流充电方法相比,该方法的充电时间缩短了13.4%,同时将温升控制在设定的范围内。     

一种考虑电池自身特性的电流源型充电系统

基于三相电流源型整流器(CSR)提出一种考虑电池内部特性的快速充电系统,包括变恒流(VCC)与恒压(CV)两种充电模式。针对VCC模式,引入电池二阶Thevenin电路模型,并根据实验数据构建电池在不同充电电流下的极化电压与SOC的关系曲线;将极化电压及其变化率作为输入量,利用模糊控制器推导出下一时刻的参考充电电流;当电池电压升至截止电压时,系统转为CV模式。针对两种控制模式,基于电压定向建立具有功率因数延迟角自调节能力的间接电流控制策略。在频域内,借助Matlab/SISO设计工具,对电流内环、电压外环控制器参数进行优化配置。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的正确性与可行性。     

锂离子动力电池大电流脉冲充电特性研究

针对大容量锂离子动力电池充电过程要快速高效同时保证电池寿命的要求,提出将大电流脉冲充电作为锂离子动力电池的快速充电方式。通过对电池大电流脉冲充电过程的大量试验,将其充电效果和恒流充电方式进行比较,证实了大电流脉冲充电是一种能有效减小极化现象、高效快速的充电方式。同时试验了不同脉冲时间、不同充电电流对脉冲充电效果的影响,得出最佳脉冲充电参数。     

热特性方法在动力电池快充性能研究中的应用

提出了使用热特性研究的方法研究动力电池快速充电性能。对比了不同充电方法下电压曲线的不同,发现充电电流越大,电池极化越严重,当在恒流充电中添加间歇或者反向脉冲时,能够一定程度上降低电池极化。使用加速绝热量热仪研究了不同充电方法下电池的温升情况,发现温升曲线能够比电压曲线更清晰地反映出不同充电方法的差异。电池的极化以及副反应的热效应都能够反映在电池充电过程中的温升曲线以及放热速率曲线中。     

基于集成ELM的锂离子电池充电截止电压下的SOC和SOH联合估计

充电截止电压是大多数电动汽车用户充电都会经历的电压点。针对传统安时积分法忽略初始容量误差和电池老化等一系列待优化的问题,提出了双层集成极限学习机(extreme learning machine, ELM)算法,实现锂离子电池充电截止电压下的荷电状态(state of charge, SOC)和健康状态(state of health, SOH)联合估计。首先,提取易测的电池健康特征(health indicator, HI),采用集成极限学习机映射HI及充电所需时间与SOH之间的关系。其次,用测得的HI估计难以在线测量的充电所需时间,对充电截止电压下安时积分法的SOC进行在线修正。该方法充分考虑了电动汽车用户初始充电状态的不确定性,指导电动汽车用户合理充电。此外,通过选择合适的集成ELM模型集成度,解决了单个ELM模型输出不稳定的问题。最后,选用NASA和CALCE数据集进行实验验证。验证结果表明,锂离子电池充电截止电压下SOC的估计均方根误差均小于1.5%,集成ELM相比于其他常见算法具有较高的训练、测试精度和较短的预测时间。     

锂离子电池快速充电方法研究

介绍了锂离子电池的工作原理和快速充电基本原理,对锂离子电池的传统充电方法——五阶恒流充电方法和快速充电方法——五阶恒流快速充电方法进行了分析.按照连续正交技术确定了五阶恒流充电的最优充电模式,在此基础上确定了五阶恒流快速充电的充电模式,并对两种充电方法进行了仿真,结果表明两种充电方法都能够完成对锂离子电池的充电,加入放电脉冲可以增大充电电流的大小,增长大电流持续时间,从而实现了快速充电.     

AGV车用锂离子电池管理系统设计

随着动力锂离子电池在电动汽车上的运用技术的发展,锂离子电池作为自动引导运输车的动力电池开始受到人们的关注。针对自动引导运输车锂离子电池使用的安全性和效率问题,提出了一种基于恒流/恒压充电均衡的电池管理系统(BMS)方案。实验表明,该系统荷电状态(SOC)估计精度达到5%,单体电压采样精度2 m V,均衡电流达10 A。在最大充电电流300 A和放电电流150 A条件下实现了自动导引运输车动力锂离子电池安全高效运行。     

混合动力电动车用LiFePO_4动力电池充电特性研究

针对混合动力电动车车载动力电池组由于单体电池性能差异易造成电池组充电特性不一致的问题,以磷酸铁锂动力电池为研究对象,从电池恒流和恒压充电原理出发,研究了恒流恒压充电阶段电池充电容量与充电电压、充电电流及充电时间之间的关系,并从电池欧姆内阻和极化内阻的角度,分析了恒流恒压充电过程中电池充电电压及充电电流与其内阻之间的作用关系,提出了利用恒流充电截止时间作为快速筛选电池充电容量的技术参数的方法。在此基础上,对某款10 Ah的磷酸铁锂方形铝壳电池进行了充电性能的实验分析。     

快速充电D型MH-Ni蓄电池研究

分析了限制MH-Ni蓄电池快速充电性能的一个原因是因为MH-Ni蓄电池在快速充电过程中产生大量热所致。以采用泡沫镍正极的8 Ah D型MH-Ni电池为例,从四个方面减少MH-Ni蓄电池在快速充电过程中产生的热量:1.优化电池结构设计,降低电池内阻;2.确定最佳电解液量;3.确定负极与正极容量比;4.增加正极中的钴含量。通过这些措施有效地降低了电池的内阻,减小了极化,大幅度降低了快速充电过程中产生的热量,从而提高了电池的快速充电能力。使之能承受近4 C的充电电流,并且达到20 min充满电的要求,电池内阻小于2.5 mΩ,30 A充电效率大于90%,30 A放电电压平台大于1.15 V。     

Battery Management System Used in Electric Vehicles

A battery management system(BMS) which contains state of charge(SOC) determination,battery charging control and its optimization,and cell balancing is proposed.Thevenin’s model having a RC network characterizing the battery polarization is used for SOC determination.The polarization voltage of the battery model is identified using the nonlinear least square technique.The paper presents a new SOC definition method considering the SOC limit of each cell for battery pack in series.The relationship between the battery current and polarization voltage is analyzed.And then the battery charging approach that the charging current can be adaptively adjusted by the polarization voltage control system is investigated based on fuzzy logic control theory.Cell balancing control strategy is also proposed based on the principle of the maximum use for the capacity and energy of the battery pack.     

电动汽车大功率充电设备的多段恒流充电方法

目前大多数电动汽车充电设备输出功率有限,所采用的充电方法较为简单,造成电动汽车的充电过程存在时间长、能耗高、温升大等问题。为了解决这些问题,本文设计了一种大功率充电设备,基于最优充电曲线,提出了一种电动汽车的多段恒流充电方法,并将此充电方法应用于大功率充电设备中。首先,设计了大功率充电设备的电气结构图;其次,根据动力电池的充电特性,给出了多段恒流充电方法的实现流程;然后,在大功率充电设备上,与传统的恒流充电方法和恒流恒压充电方法进行了实验对比分析。结果表明,多段恒流充电方法与传统的1C恒流充电和1C恒流恒压充电方法相比,能够缩短5%以上的充电时间,与传统的2C恒流充电方法和2C恒流恒压充电相比,可以降低50%以上的充电温升,并且能够在比较短时间内使电池容量达到80%,满足电动汽车快速充电的要求。因此,本文提出的方法能够均衡电动汽车动力电池的充电时间和充电温升,延长电动汽车动力电池的使用寿命,综合性能更优。     

基于动态式双阈值的锂电池组主被动均衡策略

在采用传统电荷转移式均衡方法中,多个单体电池之间存在着反复循环充放电现象,进而产生锂离子电池组均衡时间长、效率低的问题.针对此问题,提出一种动态式双阈值主被动均衡控制策略.首先,主被动均衡电路的开关阵列包含有N+1个开关(N为电池数目),在减少元器件数目的同时,主动均衡提高均衡效率,被动均衡在充电末期延长电池反应时间,...     

基于电压偏移序列的电池健康状态估计方法

针对传统电池健康状态(state of health,SOH)估计方法对充电策略和数据质量的严重依赖问题,提出了一种基于电压偏移序列的SOH估计方法.该方法以新电池的充电曲线为基准序列来构建分段SOC区间的电压偏移序列,提取该序列的分布特征参数后,利用主成分分析法(principal component analysi...     

退役电池快速检测分类方法研究

随着大量锂离子电池从电动汽车上退役,对退役电池快速检测的研究迫在眉睫。针对传统方法因初始状态差异,导致电池在二次利用前的一致性检测时间较长问题,基于电池充电曲线提出了一种快速测试方法。通过将电池充电至截止电压保证电池具有相同的初始状态,而无需进行将电池放空以保证初始状态相同这一步骤,测试时间仅为电池完整充放电时间的12.5%,检测效率提高;提取特征后采用融合Canopy的K-means++聚类算法在NASA数据集和实验室电池上进行验证,聚类准确度达80.5%,证明了设计的快速测试方法的可行性。     

铅酸蓄电池充电方法初探

蓄电池充电过程中的主要问题是极化现象始终存在并逐渐加剧 ,严重影响充电速度与质量 ,损伤蓄电池 ,甚者可能报废。根据充电速度、出气、温升及活性物质脱落等现象 ,比较了传统的充电方法包括恒流充电、恒压充电及快速充电的优缺点 ,指出极化现象的根本原因是充电方法不符合蓄电池充电接受特性 ,据此提出了定电压快速充电法 ,不但所需人工干预少 ,而且极化现象少、充电效果好 ,即充电速度快、出气少、温升少、活性物质脱落少。     

一种均衡考虑锂电池内部能量损耗和充电速度的多段恒流充电方法

锂电池快速充电方法应该均衡考虑电池的安全、寿命和充电时间。为此,应该控制锂电池的温度或能量损耗。提出一种均衡考虑锂电池能量损耗和充电时间的多段恒电流充电方法。首先,通过测试不同电流的恒流工况充电电压曲线,建立锂电池直流内阻随荷电状态(SOC)和电流I变化的函数关系式。其次,简化恒流段内能量损耗计算表达式,并设计用于均衡充电时间和能量损耗的充电目标方程。最后,设计一条权重变化曲线以确定各个恒流段的充电电流。此方法实验过程简单,充电电流的计算过程简单。通过与恒流充电方法的实验比较,验证了该方法的优点。     

基于ARM的均衡充电控制系统

全电战车要求在作战中具有反应迅速、高灵活性的特点.基于全电战车要求提出了对全电战车进行电池更换的快速配电方案.充电锂电池均衡充电模块化的设计使快速换电成为可能.反激式变换器均衡充电适合模块化设计,因此提出了基于ARM对反激式变换器均衡充电的控制.并且采用了外部充电电源进行均衡充电的策略,这种均衡策略利于模块化设计,符合快速换电的需求.在均衡充电过程中,通过采集充电电流和电池电压,利用安时法计算出电池的荷电状态(SOC),来调节驱动脉冲波形PWM的占空比,从而实现变速均衡充电.研究表明该方法可以更好的实现对锂电池的均衡充电和保护控制.