面向整组寿命最大化的电动汽车电池一致性变化规律及其均衡策略

串联电池组的一致性问题是电池成组使用的关键问题之一,常通过电池均衡技术进行干预调节。但现有均衡策略多着重于单次循环容量和能量的最大利用,忽视了长时间尺度下电池组的一致性演变。为实现长时间尺度下的电池组寿命最优,试验研究了工作区间对电池老化的影响,讨论了传统顶部均衡和底部均衡下的电池组一致性演变,提出了优化最差单体工作区间的寿命均衡策略。研究发现使用的三元锂电池在高荷电状态区间循环时存在较快的容量衰减,增加循环放电深度同样会加速容量衰减;顶部均衡和底部均衡虽然可以最大化电池组单次性能,但容量一致性依旧持续变差,表明了寿命均衡的必要性;提出的寿命均衡策略使最差单体循环在较低的荷电状态区间,减小其容量衰减速率,进而有效地提高电池整组的累计放电量;最后,设计的试验证实了所提出的均衡策略可以显著提高电池组的容量一致性,并设计了相应的系统实现方案。提出的寿命均衡策略也为未来电池组的均衡研究提供了新的方向。     

新型蓄电池挖掘机设计及动力系统参数匹配

针对电动挖掘机动性差,电池容量衰减快导致电池续航能力低的问题,设计一种新型蓄电池挖掘机,完成了供电车及电缆自动收放装置的结构设计,提升整机机动性。分析了已有动力系统匹配方法的不足,提出基于电池放电特性的电池组容量匹配方法并给出SOC估算策略。该方法分析了放电倍率和放电深度对电池组容量估算的影响,通过不同倍率的放电试验建立其目标电池的Peukert放电模型,根据Peukert对实际工况下电池实际容量衰减进行补偿修正,提高匹配精度;最后,在20kW工况条件下进行300h循环试验,验证系统功能的实用性和设计方法的正确性。     

电动汽车电池管理系统均衡策略思考

通过对单体电池和串联电池组基本概念、内部基本性质、公式定义、电池一致性评价指标影响因素等多方面的分析,论证电压均衡方案的不合理性,提出容量均衡方案并给出实现方法。再从均衡方案无法根本上解决电池组不一致性问题的角度,给出改进意见,并赋予容量均衡策略新的灵魂,即其本质目的不再是电池组趋于一致性而是电池组最大可用容量最大化,使成组后的电池包容量利用率最大程度提高。     

电动汽车磷酸铁锂电池均衡管理策略综述

电动汽车动力电池组通过将单体串并联达到所需电压和容量的要求,而单体电池在生产、使用过程中的差异性将导致整个电池包的容量降低、循环使用寿命衰减。本文分析了导致动力电池不一致性的影响因素,并列举了两种实际应用均衡策略,对策略的优劣与发展趋势做出了评价。     

基于AGV车的锂离子电池系统均衡控制策略设计研究

根据电池单体和储能设备对储能单元的要求,对电池模块化成组进行了分析,为了能够实现AGV的电池组的均衡,保证在使用中SOC容量能够趋于一致,对均衡策略进行了研究,提出了AGV车电池组的柔性成组的方法,并提出了容量不一致下的改进型电池系统的均衡控制方法,并验证其有效性和可行性。     

车用锂离子动力电池组均衡管理系统研究进展

锂离子电池因其能量密度高、功率密度高和循环寿命长等优势已成为电动汽车动力电池的首选,然而成组后单体间的内阻、容量及电压等特性差异可能对整车电池系统的寿命、安全及性能带来严重影响,而均衡管理是保障动力电池一致性的有效方案。基于电池状态信息对电池组进行均衡管理,能够提高动力电池组的可用容量,降低单体间不一致性所导致的衰减、容量损失,并避免因过充、过放等异常使用而导致的安全风险。但由于高成本的均衡拓扑设计与复杂的均衡控制策略,均衡系统目前较难以广泛推广。梳理近年来均衡管理系统的研究进展与可行方案,较为具体地介绍了均衡电路拓扑结构及其工作原理,并总结了目前常用的与新颖的均衡控制变量,分析各类均衡控制策略在实车应用时的优劣,系统性地比较各种均衡方法的优缺点。梳理目前亟待解决的均衡技术难点,并对均衡技术发展进行了展望。     

锂离子电池系统均衡策略研究进展

相比电池单体,成组后电池系统的容量、寿命和安全性均会大幅度下降,其原因在于内部参数和外部环境导致的不一致性问题。因此,需要均衡管理系统保障电池的一致性,其中均衡策略是关键之一。从均衡动机、均衡目标、均衡算法和均衡策略评价四方面,对国内外电池均衡策略研究进展进行了综述。首先深入分析电池组一致性影响因素,确定均衡动机。其次,从均衡目标出发,总结了电池组、电路和多目标融合三方面研究进展。再次,根据不同的算法分类详细阐述均衡算法。之后,对均衡策略的评价进行总结并提出一种新的评价方法。最后,系统梳理了目前亟待解决的均衡技术关键问题,对未来均衡策略的研究进行了展望。     

基于可信度因子推理模型的电池组均衡方法

针对锂离子电池在成组使用过程中出现的电压、容量、内阻等不一致性问题  ,分析了传统电压均衡策略的优缺点,结合双向Cuk分组均衡器控制简单、均衡能量可双向传输及均衡电流易控制的特点,提出了一种基于可信度因子(C-F)  推理模型的分组均衡方法。该方法定义了单体电池的荷电状态(SOC)和端电压的不均衡度,利用C-F推理模型得到了电池组整体不均衡度,通过控制拓扑电路的均衡电流大小和方向减小了电池组的不一致性。对比实验表明,该方法能够有效地减小单体电池端电压和SOC的不一致性,提高电池组的整体能量利用率。     

基于多物理过程约束的锂离子电池优化充电方法

锂离子电池在快速充电过程中极易触发内部过热,并加速寿命衰退,因此在确保快速充电的同时主动约束锂离子电池重要中间物理状态具有重要意义。因此,提出一种基于多物理过程变量约束的电池快速充电方法。建立电-热-老化综合模型,并在典型充电场景下进行电热模拟精度验证;在此基础上,设计基于模型的荷电状态与内部温度估计方法,兼顾充电速度、温度约束与寿命衰退抑制,设计基于模型预测控制的快速充电策略。试验验证结果表明,所提出的充电策略能主动限制电池内部温度始终低于预定阈值,在相似的充电速度前提下,所提出的充电策略相比优选的恒流恒压充电法具有更低的寿命衰减速率,两者200次快充-放电循环的容量衰减分别为2.12%和4.88%。所提出的快速充电策略基于模型预测控制方法实现了电池内部状态的有效约束,综合提升了锂离子电池充电过程的快速性、安全性和耐久性。     

磷酸铁锂电池组的动态诊断与均衡策略研究

针对混合动力汽车单体电池性能的不一致性造成的不利影响,研究了动态过程中的电池特性规律,并设计了相应的均衡策略,进而进行了试验验证。该策略以高速采样系统为基础,在动态过程中对电池组各单体电压进行实时精确采集并分析处理,再通过大量试验总结出的电池特性规律,动态诊断出需要均衡的单体,并进行均衡。试验结果表明,均衡策略快速准确,效果显著,使电池组使用特性得到了很好的优化。     

一种适用于多工况的电动汽车电池均衡算法

电动汽车的均衡技术缩小了电池组中不同单体电池的容量差异,但是均衡的策略却根据车辆的用途不同而不同.私家车由于充电时间较长,研发人员会设计在充电模式均衡;出租车由于放电时间较长,研发人员会设计在放电模式均衡.提出了可以适用不同用途的均衡算法,无论是充电时间较长还是放电时间较长,都可以很好地减小不同单体电池容量差异.考虑到出租车的连续长时间运行,根据不同静置时间对应不同OCV来对电池原有的OCV进行补偿,进而达到只要静置时间超过14 min就可以计算均衡时间,而传统的均衡算法至少均衡时间达到1h以上.此补偿算法是创新点,通过实验数据比较此算法,缩短了均衡时间,达到了预期目的.     

基于不一致性的三元锂电池组寿命研究

动力电池组的循环寿命性能直接决定了电动汽车的实用化和商业化进程。通过对现有市场上主流的三元锂电池单体电池及相应的电池组进行长期的循环寿命试验,重点考察三元锂电池的单体电池循环寿命、电池初始状态下电压不一致性和三元锂电池组循环寿命的相关性,认为:考虑到现有的设计需求,为了保证电池组寿命成组效率高于0.9,电池初始状态下电压极差需要控制在20 mV以内、变异系数需要控制在10以下。研究结果对三元锂电池在电动汽车中的应用具有较大的现实意义。     

基于荷电状态的锂离子电池组主动均衡控制

针对锂离子电池组中单节电池间的差异性会对电池组的可使用寿命以及容量利用率造成严重影响,设计了一种电感式主动均衡电路。基于递推最小二乘扩展卡尔曼滤波(RLS-EKF)算法在线估算锂离子电池的荷电状态(SOC),同时以SOC值作为均衡准则对锂离子电池组实施均衡控制,实现了一种主动均衡控制策略,并开发了锂离子电池组能量均衡管理系统测试平台。实验结果表明,RLS-EKF算法的SOC估算误差在3.5%以内,并且所提出的主动均衡控制方法极大改善了电池间的差异性,电池的容量利用率大幅度提高。     

基于模糊神经网络的铅酸蓄电池组管理系统

基于目前的电池设计和制造水平,利用模糊神经网络原理对电池组管理系统进行了研究,有效地提高了电池组的使用效率和寿命,实现了对电池组单体之间的均衡控制和智能管理.     

串联锂电池组均衡管理系统的研究

锂电池组均衡管理系统是合理、有效及安全使用电池组的基础,论文提出基于电池荷电状态(SOC)均衡的均衡策略,给出了均衡电路及DC-DC控制方法的选择,采用Thevenin模型作为电池模型,运用扩展卡尔曼(Kalman)算法估计电池的SOC值,最后通过Simulink仿真及试验结果,验证了所设计的均衡管理系统达到了设计目标。     

动力电池组变速率均衡方案设计

提出一种采用附加充电模块对电池组进行变速率均衡充电的解决方案:系统由主充电模块和附加充电模块对电池组进行共同充电,由电池管理系统主动调节各单体电池的附加充电电流,改变各单体电池的实际充电速率,实现对电池组的均衡充电。实验结果表明,采用该方案,20节串联的锂电池组充电结束后单体电池之间电压差值缩小了3倍,弥补了电池组的水桶效应,达到均衡充电的目的。     

车用并联电池组不均衡电流建模与仿真分析

车用锂离子电池在实际使用过程中通常需要进行串并联以满足功率输出和能量存储的需求。然而电池间不一致带来的并联电池组内不均衡电流会影响电池组寿命和安全。建立一种N节单体电池并联的电池组等效电路模型。试验结果表明,此等效电路模型在稳态和动态工况均有较好的精度。此等效电路模型可以用于预测并联电池组内部的不均衡电流,分析不均衡电流的分配原理。仿真分析结果表明,容量和内阻的不一致性增加会带来并联电池组内部不均衡相对量I_Re和SOC_Re的增加。容量增加20%,I_Re增加17.0%,SOC_Re增加3.7%;内阻增加100%,I_Re增加18.2%,SOC_Re增加5.7%。     

基于BQ78PL116的锂离子电池组均衡电路

针对锂离子电池由于单体电池电压较低通常串联使用,串联锂离子电池组在多次充放电后产生的不均衡问题,提出一种基于BQ78PL116的Power Pump均衡电路。该均衡电路使串联电池组中电压高的电池对电感进行充电,然后电感放电给电压低的电池,从而达到维持电池组均衡的目的。通过对Power Pump电路的工作原理进行分析,说明此芯片具有结构简单,控制方便,快速有效等优点。该芯片应用在井下后备电源管理系统中,不仅能够延长电池寿命,更能提高管理系统的运行效率。     

基于动态阈值的磷酸铁锂电池组均衡管理研究

针对磷酸铁锂电池组在搁置阶段出现的不均衡问题,通过电池单体开路电压与SOC的拟合方程,利用电池组中的最高电压,得到一个判断电池组不均衡性的动态阈值,并为均衡过程的实现制定了均衡控制策略,最后在MATLAB/Simulink软件平台了搭建了均衡管理模型。     

电动汽车锂离子动力电池健康状态在线诊断方法

随着电动汽车的快速发展,高比能锂离子电池的衰减问题日益受到关注,其健康状态是耐久性管理的核心参数,对延长电池寿命提高系统可靠性至关重要。以三元材料锂离子电池为研究对象,基于正负极的开路电压模型,描述正负极和全电池的匹配关系并在全新电池尺度上重构其开路电压-荷电状态曲线,分析正负极匹配关系在电池经历各种老化模式后的演变特性,从而在全新电池尺度上重构老化电池的开路电压-荷电状态曲线,并据此提出了改进的锂离子电池老化模式无损定量诊断方法,克服了现有方法必须以电池的真实开路电压-荷电状态曲线为诊断依据的局限性,从而更加适用于实车在线应用。采用扩展卡尔曼滤波算法,从电池动态电流工况放电数据中辨识开路电压随放电容量的变化曲线,并使用所提出的老化诊断方法拟合该开路电压曲线,可以定量分析电池遭受的正极材料损失、负极材料损失和可用锂离子损失。在此基础上,提出电池最大可用容量的估计方法和真实开路电压-荷电状态曲线的辨识方法,结果表明,在动态工况下容量估计误差在1%以内,开路电压-荷电状态曲线的方均根误差在6 mV以内。该方法应用于电池组,可以实现电池组内各单体电池的最大可用容量和荷电状态一致性估计。