电动汽车用锂离子电池热特性试验研究

为研究锂离子电池的热特性,以3 200 m A·h、3.67 V圆柱形三元材料锂电池为研究对象,进行了不同温度、不同充/放电倍率的热特性试验和低温加热试验.试验结果表明:随着充/放电电流的增大以及环境温度的降低,电池温度快速升高,低温下加热可以提高锂离子电池的充/放电性能.     

锂离子电池简化电化学模型:浓度分布估计

为了降低锂电池电化学模型的计算复杂度,提出基于修正边界条件的简化电化学模型,用于估计锂电池内部的电解液浓度分布.采用Pade逼近技术分析简化电化学模型解析解,可得到降阶的分子-分母型传递函数模型.分别采用19.38A和193.80A的脉冲充放电工况进行仿真对比,结果显示所提出简化模型的最大相对误差分别约为0.867%和8.670%.时域和频域模拟仿真结果表明:相比于传统电化学模型,该简化模型对电池内部电解液相的浓度分布估计具有理想的精度,同时计算复杂度得到显著优化,具备实时应用的能力.     

空冷条件下18650锂电池温度场仿真分析

对18650锰酸锂电池建立电化学-热耦合三维仿真模型.基于电化学理论建立单体电池模型,以充放电过程中释放的热量作为热模型中的热源;通过热模型仿真计算得到电池-空气系统的温度场,以其作为电化学计算过程中的温度参数,实现电化学模型与热模型的耦合.采用数值仿真方法,分析放电倍率为2C、3C、6C及空气流速在0.1～1.0m/...     

改进初值∏隐马尔科夫模型预测电池健康度

针对电动汽车所使用的锂离子电池剩余寿命难以检测的问题,分析影响电池寿命衰退的因素,建立改进初值的隐马尔科夫模型对锂离子电池寿命衰退进行预测,并给出了预测方法。以18 650锂离子电池为研究对象,首先通过实验结果分析得出与电池寿命衰退相关的主要因素,再根据充放电实验获得的放电曲线提出了放电平台临界点,最后利用大量实验数据建立改进初值的隐马尔科夫模型来预测电池衰退表现,通过结合之前的衰退情况,提出了衰退表现系数表示电池容量衰减程度可直接预测电池的剩余使用寿命。理论分析和实验结果表明该模型能够对电池的剩余寿命进行预测,预测精度达到2.06%。     

锂电池组单体电压采集电路的设计

为保证电动车的正常、可靠和安全行驶,电池管理系统必须实时监测电动车电池的电压。在现有的电压采集电路基础上,提出一种基于AS8501的检测电路方法,从硬件和软件两方面提高电压、电流的采集精度。通过实验和仿真分析,该方法具有精度高、体积小,对锂离子电池组影响小等优点,避免对锂电池组过充、过放,可以准确估算SOC.     

锂离子电池充放电过程中的热特性研究

为了在某一恒定温度下准确研究电池充放电过程中的吸放热特性,本文以18650LiCoO_2电池为实验对象,采用等温量热仪和充放电柜对锂离子电池在充放电过程中的产热行为进行研究。研究结果表明,随着充/放电倍率的增大,电池放热速率明显升高,在20℃条件下,1C倍率放电后期产热速率较0.3C增加了530.5%;在同一倍率条件下,LiCoO_2电池0℃与40℃相比,充电时间增加了10.2%,严重影响了LiCoO2电池的充电性能;在相同条件下,放电过程中电池产热量要远大于充电过程中电池产热量。本文为电动车用锂电池热安全研究提供了可靠的参考依据。     

锂离子电池放电过程热特性实验研究

以18650锂离子电池为研究对象,利用简化的Bernardi生热模型和混合功率脉冲特性(HPPC)测试,进行相关的热特性实验,对锂离子电池在放电过程中的温升、生热量和直流内阻等特性进行研究.结果表明:电池在放电过程中的温升和生热量与放电倍率呈二次关系;电池在放电过程中的生热量以不可逆热为主,可逆熵变热所占比例小于5.4％,放电倍率越大,不可逆热所占比例越大;电池的内阻在较低的温度和荷电状态(SOC)下变化明显,随着温度的降低,电池的直流内阻不断增大,放电初期,电池的内阻基本保持不变,当电池的SOC降低到40％以下时,电池的内阻逐渐增大.研究结果可以为电池模组及电池包瞬态热模型的建立和分析提供依据.     

基于Fluent的锂离子动力电池的热分析

锂离子动力电池的温升现象严重影响电池的寿命和汽车的安全性.本文分析了锂离子动力电池的生热机理,进行了热效应模型的建立和热物性参数的确定.建立了电池三维模型并进行网格划分,选择稳态流动的求解方法及设置合理的边界条件,最后对电池进行2 A、3 A、4 A和5 A的恒流热分析.仿真结果表明不同恒流放电下,电池的最低温度、最高温度和最大温差都不同,放电电流越大,电池的最低温度、最高温度和最大温差都随之增大.     

基于电动汽车行驶数据的动力电池放电性能评估

随着动力电池在新能源汽车中的广泛应用,电池故障诊断、退役电池评价等问题亟需解决,评估电池健康状态成为动力电池领域的重要课题。 在分析电动汽车行驶数据的基础上,提出了一种评估锂离子动力电池放电性能的模型。 该模型针对电池实际工作数据充放电较为随机的特点进行了调整和适配,解决了传统评估模型难以适用于实际使用场景的问题。 该模型具有低复杂度,能够快速给出评估结果,适用于大批量的电池评估。 实验表明,该模型提取的放电性能指标具有随累积行驶里程的增加而下降的趋势。 根据灰色关联分析,放电性能指标和电池容量随里程的变化具有相似趋势,能够从电池实际工作情况中评估出电池当前的放电能力,为更全面地评估电池健康状态提供参考。     

玉米叶状Cu2O/Cu负极的制备及其电化学性能

采用阳极氧化法及后续高温煅烧制备了三维微纳玉米叶状Cu2O/Cu锂离子电池负极材料.利用X射线衍射、扫描电子显微镜对产物的物相组分、晶体结构和形貌进行了系统表征;利用电化学工作站、电池性能测试系统对制备的电极材料进行电化学性能的分析和计算.结果表明,铜箔表面被均匀刻蚀了 一层玉米叶状Cu2O,长度约为100～200 nm,宽度约为30 nm;玉米叶状Cu2O/Cu作为锂离子电池负极材料,在电流密度为100 mAhg-1经过200次充/放电循环后,该负极材料的可逆放电比容量仍高达848.6 mAhg-1:电化学交流阻抗谱图拟合和计算的结果表明三维微纳玉米叶状Cu2O/Cu电极材料具有更低的电荷传质电阻和更好的锂离子固相扩散能力.     

电池储能系统充放电控制策略仿真研究

在含有多类电源的供电系统中,对电池储能系统进行良好的控制可以使供电系统更为安全、稳定与经济的运行。基于储能电池充放电过程中的动态响应速度和控制性能,采用双闭环PI控制搭建了双向半桥DC/DC变换器,并在MATLAB/Simulink中搭建储能系统的整体模型,对储能电池的充放电控制过程进行了仿真实验。实验结果验证了模型的正确性以及控制算法的可行性和有效性。     

非线性电池模型下能量收集通信系统功率控制

针对发送端配备能量收集设备的无线通信系统,基于Lyapunov优化框架,提出了一种以最大化长期平均传输速率为目标的在线功率控制策略.功率决策算法中考虑了可充电电池充放电过程中的能量损失,采用非线性数学模型来描述充放电效率.将电池电量的约束条件转为能量虚队列的稳定性要求,将需要最大化的传输速率的相反数作为惩罚项,在仅拥有当前信道状态和电池状态的条件下,通过使漂移加惩罚最小化,在满足约束条件的同时最大化平均传输速率.仿真结果显示,所提算法的性能略低于离线注水算法,优于贪婪算法和半功率算法,也优于同样采用Lyapunov方法、但没有考虑充放电效率的现有其他算法.     

基于Cruise/Simulink的FCHEV燃料电池和动力蓄电池功率匹配研究

针对质子交换膜燃料电池和锂离子动力蓄电池混合动力电动汽车(FCHEV),利用AVL/Cruise和Matlab/Simulink软件搭建了FCHEV整车联合仿真平台。通过对车辆动力系统关键部件参数的分析,确定了若干可行的燃料电池和蓄电池功率匹配方案。基于一种目前比较成熟的控制策略,在NEDC循环工况下对各种匹配方案进行了仿真实验,在满足车辆动力性要求的前提下,对各方案的燃料经济性进行分析,从而得到该控制策略下燃料电池和动力蓄电池的最优功率匹配结果。     

具有电流偏差和噪声扰动的H∞观测器在线估计电池SoC状态

针对电池管理系统采集的电流信号和电压信号往往含有有色噪声,且该噪声会明显影响电池状态估计性能的问题,把噪声看成扰动,提出了具有偏置电流估计功能的H_∞观测器用于电池SoC的在线估计。首先,建立具有电流偏差和噪声扰动的电池状态模型,其次设计具有偏置电流估计功能的H_∞观测器,并且通过仿真深入分析该观测器对SoC估计效果、去偏功能对估计性能的影响以及观测器对模型偏差的鲁棒性和参数适配性,最后通过实验分析验证了该方法的有效性。     

合金粉和注液量对镍氢电池性能的影响

研究了不同钴含量的合金粉以及注液量对镍氢电池放电容量、内阻、过充性能和大电流(4A)放电性能的影响.实验结果表明,合金粉的钴含量对内阻的影响不大,钴的质量分数为6.0%合金粉的1C放电容量要好于钴的质量分数为5.5%的合金粉,但过充性能和大电流放电性能却低于钴的质量分数为5.5%合金粉;随着注液量的增加,放电容量、内阻、过充性能和大电流(4A)放电性能均有所提高.但注液量过高,过充性能会有所下降.     

嵌入式系统功耗优化电池模型

以锂电池为例,利用广义随机Petri网(GSPN)描述化学电池放电的极化和活性物质扩散过程,提出可同时反映化学电池电流相关和自恢复特性的高层抽象模型。该模型简单,仅包括反映活性物质分布、活性物质扩散速度和极化速度的四个简单的参数。恒流放电和脉冲放电实验显示该电池模型可以快速准确估算化学电池容量。     

ZDPS-1A卫星电源系统设计与在轨验证

为满足“皮星一号A”（ZDPS-1A）卫星微小型化的要求,提出一种新型电源系统的设计方案.通过采用三结砷化镓（Tri-Junction GaInP2/GaAs/Ge）太阳能电池、锂离子蓄电池等高效、轻型器件和在功率转换、分配电路中大量应用工业级集成电路芯片,以提高卫星功率和电源系统效率.通过简化供配电电路结构,合理规划工作模式,以提高电源系统的可靠性.建立基于Matlab/Simulink的能量平衡仿真系统,以研究卫星的能量平衡.分析卫星电源系统近一年的在轨数据、地面测试数据和仿真数据,结果表明：仿真得到太阳能电池输出平均功率为3.7 W,在轨输出平均功率高于4.5 W,电力充足、储能性能稳定;锂离子电池组功能正常,但工作电压长期高于母线电压设计最大值（4.2 V）,内阻逐渐增加,储能性能随时间下降;各系统负载长期工作后功率有所上升,但整星仍然能够保持能量平衡.     

基于事件驱动的光伏发电系统电压稳定控制

针对光伏发电系统内由于环境中光能的不稳定性而导致光伏发电系统输出的电能质量波动问题,提出了一种利用蓄电池作为能量补充的方法,对光伏电池的输出功率进行削峰填谷,从而稳定输出的电能质量。该方法基于事件驱动策略,通过设置电压阀值以驱动蓄电池处于充电、放电、停止3种工作模式。最后,利用仿真软件建立了光伏电池和蓄电池模型,并在此基础上设计了事件驱动控制器,通过模型与控制器的结合,对所提方案进行了仿真研究。仿真结果表明,这种方法不仅能稳定电压,而且能降低蓄电池的充放电次数,有利于延长蓄电池的使用寿命。     

Energy Transferring Dynamic Equalization for Battery Packs

The equivalent circuit model of battery and the analytic model of series battery uniformities are setup. The analysis shows that it is the key to maintain small voltage difference between cells in order to improve uniformities. Therefore a new technique combining low voltage difference, big current charging and bi-directional charge equalizer system is put forward and designed. The test shows that the energy transferring dynamic equalization system betters the series battery uniformities and protection during charging and discharging, improves the battery performance and extends the use life of series battery.     

高功率镍蓄电池在混合动力车辆上的应用特性

为进一步了解镍氢动力电池的充放电的特性,从而评价其在电动车辆上的使用性能,对高功率型镍氢动力电池进行了充放电试验测试.基于实验结果,对镍氢动力电池的工作电压、工作电压下降速率和温升等工作特性进行了研究和分析.同时结合混合动力车辆工况情况,特别对高功率型镍氢动力电池的大电流充电和放电性能进行实验和分析.分析认为:高功率型镍氢动力电池能够比较好地满足混合电动车辆的使用特性,适合混合动力车辆用电机辅助动力的电源要求.但是对于镍氢动力电池的温升问题,尤其是在大电流(6C)放电的情况下,电池温升较快,应该对电池进行比较良好的温度管理,才能更好地利用镍氢电池的特点.