基于电化学模型的车用锂离子电池安全快速充电算法CSCD

传统的快充方法可提升锂离子电池充电速度,但容易损害电池寿命,甚至造成安全问题。基于面向控制的锂离子电池电化学机理模型,提出了全新的快速充电算法。针对一款42Ah镍钴锰(NMC)三元锂离子电池,采用该算法进行了快速充电测试,讨论了开发策略中关键参数阈值电势、初始充电倍率的取值对算法效果的影响。结果表明:该方法实现了该款锂离子电池的安全快速充电,在保持电池不析锂情况下将电池充电速度提高了20.5%;算法中的阈值电势主要影响充电时间,而初始充电倍率影响负极过电势最低值。     

参数修正在锂电池析气模型中的应用

提出了基于析气影响和参数修正的修正型Gassing模型,并用Matlab／Simulink对该模型进行了仿真验证。验证结果表明,修正型Gassing模型也适用于电池充电临界情况,可以描述电池重要变量如SOC、温度和内阻等的动态特性,而且较之于原Gassing模型 进一步提高了模型的精度,使模型中SOC、内阻R。等状态变量的计算更为合理和有效。     

基于热平衡法的方壳电池电芯温度预测模型

据不完全统计,电动汽车大多在充电过程中发生自燃,如何在热失控前通过温度进行预警显得尤为重要。针对方形锂离子电池,构建了适用于嵌入式应用的电芯温度预测模型。通过试验精准测量电池各项热物性参数,对电池表面和电池卷芯分别进行热平衡分析,建立不同的能量守恒方程,对电池进行网格划分,进一步构建电池三维温度预测模型。仿真结果表明,热平衡模型不仅能够预测出电池每一部分的温度,而且预测的电芯温度误差不超过0.35℃,对快充条件下的电池温度预测有重要意义。     

车载锂离子电池组的充电技术与均衡管理方法研究综述

电动汽车快速和智能充电是未来的发展趋势。本文介绍了多段恒流充电、超大电流尖峰脉冲充电、变脉宽正负脉冲充电等充电方法,对电池的SOC值、内阻、析气和析锂极值点等参数实时精确获取,从而实现电池的无损伤最大电流充电;本文还介绍了双向反激式主动均衡、利用(DC-DC)变换器式和变压器式结合的两级均衡等均衡策略,实现了电池单体的快速均衡管理。     

电动汽车用动力电池之锂电池

1锂电池的概念及分类锂电池是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池。锂电池大致可分为锂金属电池和锂离子电池两类。锂金属电池通常是不可充电的,且内含金属态的锂。而锂离子电池又可分为液态锂离子电池(LIB)、聚合物锂离子电池(PLIB)两大类。1.1锂金属电池锂金属电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂金属电池采用金属锂,正极活性物质采用二氧化锰和氟化碳等材料。但由于锂金属电池在充电反应过程中会产生枝晶锂(纤维状结晶),这种现象会导致     

纯电动汽车用磷酸铁锂电池的模型参数分析

鉴于纯电动汽车用磷酸铁锂电池在不同荷电状态下的电池特性差异较大,传统参数辨识方法得到的电池模型参数拟合精度较低.本文采用电化学阻抗谱来分析等效电路模型参数,以研究电池的电压特性和动态功率特性,通过综合分析实际充放电条件的主要特征来提取电池典型的参数辨识工况,并利用粒子群优化算法分析模型参数.在不同温度和使用区间的验证表明该方法的精度较高,为磷酸铁锂电池的进一步研究提供依据.     

电动汽车锂离子电池碳负极扩散应力与微观结构失效机理研究

扩散应力易引起电极体积变化、电极颗粒破裂和脱落,导致电极材料失效,从而引起锂离子电池容量的衰减。为探究不同材料厚度和放电倍率下的扩散应力规律以及扩散应力与微观结构破坏间的关联性,采用试验与仿真相结合的方法进行相关研究。首先,制备3种不同厚度(25、36、48 μm)的石墨负极,与三元正极组装成纽扣全电池;其次,以相同充电倍率(0.2C)、不同放电倍率(1C、2C、5C)在25℃下进行循环测试,为模型验证及微观测试提供样本;随后,根据电化学及扩散力学原理建立电化学-力耦合模型,并通过不同倍率放电工况对模型进行验证;进一步,利用控制变量法,基于所建模型研究不同材料厚度与放电倍率下扩散应力的规律;最后,基于电镜扫描和X射线衍射测试,对循环后的负极形貌及微观结构进行表征,结合模型仿真研究扩散应力与负极微观结构的破坏关联性。研究结果表明:随着放电倍率增大或材料厚度减小,扩散应力增大、负极损坏程度加深,可根据拉伸屈服强度将扩散应力与微观结构变化关系分为2个阶段;进一步,引入剥落指数定量描述微观结构失效,发现剥落指数与扩散应力之间存在幂函数关系。研究结果可为揭示扩散应力与容量损失之间的关联性提供思路。     

基于相变材料的电池模组热失控传播过程研究

为研究电池热失控传播过程中的热量传递路线,建立了由一维电化学模型、内短路模型、三维传热模型和副反应模型相耦合而形成的电池组热失控模型,并用针刺实验进行了验证;提出了一种基于相变材料和液体冷却的电池模组热管理方案,并分析了它对电池模组热失控传播的抑制作用。结果表明:所提出的电池热管理方案可使电池模组各个电池发生热失控的时间间隔延长,各电池温度下降的速度加快,能很好地起到抑制电池模组热失控传播的作用。     

青年JNP6123BEV型纯电动客车充电故障5例

正金华青年汽车制造有限公司生产的JNP6123BEV型纯电动客车,采用QD270型交流异步电动机、北京普莱德钛酸锂动力电池组及快充快放系统、安徽力高科技D135N型锂电子电源管理系统(BMS)及大连罗宾森接触式充电架。如图1所示,将车辆停放在指定充电位置,操作受电弓升降开关使受电弓升高,当受电弓支架上的高压炭滑板与充电架接触时,BMS检测充电信号,然后控制充电架向动力电池组充电。在充电过程中,BMS实时监测相关参数(动     

电动汽车动力电池包仿真模型设计

随着新能源汽车的普及,各个整车厂在新能源车型投入的越来越多,车型也越来越多,而每个车型对应的电池包也不同。为了在电池包设计前期了解电池的性能,基于Matlab/Simulink设计了一种动力电池包的仿真模型。此仿真模型可以通过输入电池参数仿真出电池的温度变化曲线、电压变化曲线以及荷电状态变化曲线,通过输入继电器和高压系统参数仿真出预充时间和高压输出变化曲线,通过导入车辆工况仿真出电池运行的实时状态（温度、电压、荷电状态等）。这些变化曲线对于电芯的选型以及预充电阻的选型具有重要的参考价值。经过仿真后的曲线分析,此模型与电池的电化学特性相符,高压变化也符合物理变化特性,可以用作电芯和预充电阻的选型参考。     

动力锂离子电池脉冲功率控制失效影响分析

为验证热管理正常工作条件下大倍率放电对动力电池的影响,在电池最佳工作温度范围,对动力电池进行高倍率充放电循环试验,分析脉冲功率控制失效对电性能及安全的影响。试验结果表明:循环测试500周后,动力电池容量出现30%衰减,在40%SOC(State of Charge,荷电状态)附近直流内阻DCR(Direct Current Internal Resistance,直流内阻)增加约8%是容量降低的直接原因,负极SEI(SolidElectrolyteInterface,固体电解质界面)膜老化及电解液浓度增加是主要机理;同时负极出现析锂,存在安全隐患,正极极片状态正常,分析与电池最佳工作温度控制有关。     

不同充电倍率下锂离子电池组冷却系统结构设计

针对锂离子电池组在不同充电倍率下最高温度和单体温度均匀性的要求，在构建动力电池热模型的基础上，以抑制电池组内最高温度和最大温差为目标，仿真分析了液冷板布置位置、流道设计和冷板出入口位置等因素对电池组温度的影响规律。仿真结果表明，本文所设计的冷却系统，在电池组以2C倍率充电时，最高温度可控制在35.5℃，温差不超过5℃。     

基于微通道液冷的动力电池热管理性能分析

为了对电池进行有效的热管理,文章提出一种采用微通道液体冷却的热管理方式,并基于COMSOL软件对一款磷酸铁锂软包电池仿真研究,分析了不同放电倍率下冷却剂流量、冷却剂入口温度对电池模组冷却性能的影响。结果表明,采用冷却方式可以将电池组的最大温差及最高温度均控制在允许的区间;增加冷却剂流量可以在一定程度上降低电池组的最高温度和最大温差,但是需要考虑泵送功的损失;降低冷却剂入口温度是降低电池模组最高温度的有效方式,冷却剂入口温度对电池组温度一致性影响很小。     

基于正交模型灰色关联算法的高功率动力电池包冷却结构优化研究

针对液冷型动力电池包冷却结构多因素参数化研究,搭建电芯电-热耦合仿真模型,通过台架试验验证了电芯仿真计算的有效性。对显著影响液冷型电池包性能的冷却液流速、冷却液温度及冷管宽度和高度4个关键参数进行四因素四水平正交试验计算,基于正交模型的模糊灰色关联分析法探究四因素对电池模组最高温度和最大温差的影响权重。结果显示：对于电池模组最高温度,冷却液的温度对其影响最大,冷却液流速次之,冷却管道宽度影响最小;而对于电池模组最大温差,冷却液流速对其影响最大。通过结果分析得到优化组合方案,计算得到优化方案能使得电池组最高温度下降到32.8℃,最大温差控制在3.3℃内,冷却性能表现最佳。     

电动汽车用磷酸铁锂电池针刺热失控试验研究

为揭示锂电池内短路引发热失控的热响应和电行为特征,对单体磷酸铁锂电池及其并联连接电池模组进行针刺试验,观测被刺电池端电压、表面温度、反充电流的变化规律和试验特征,并利用电池单个电极针刺内短路模型以及等效内外短路电路模型解释电池内外短路电阻、端电压和反充电流间的相互关系。研究表明:被刺电池端电压出现突降-上升的主要原因是受随机性接触界面、高温等因素影响的内短路阻值的突降和升高;若电池正极柱处温度急剧升高,反充电流瞬间达到峰值,则表明电池发生外短路;电池是否出现热失控取决于电池内短路阻值和反充电流。     

车用大尺寸锂离子动力电池性能的仿真与分析

为探究车用大尺寸锂离子动力电池内部性能不一致性,基于伪二维理论,建立了二维仿真模型.引入集流体区域电势分布及边界条件,对10～150 cm不同长度电极的电池建模仿真,分析了倍率性能、容量发挥率、阻抗等电性能及局部析锂.结果显示:长度为100 cm的电池在3 C大倍率充电时正极集流体压降高达0.1 V,充电容量发挥率仅为...     

一种车用锂离子电池包的充放电热特性研究

文章针对一款车用三元锂离子电池包在0.3C倍率下的充放电热特性进行了研究,对电池包的产热和散热机理进行了理论分析,对Bernardi单体电池产热模型中的温熵系数进行了参数选择,分析了该电池包在自然散热情况下的温度分布并对相关参数进行了标定,建立了电池包在0.3C倍率下的温升模型,并通过充放电实验进行验证。实验结果表明,在0.3C倍率下,电池包温升的模型估算值与实际值的最大误差在0.5℃以内,且变化趋势相符合,能够满足工程应用需求。     

基于PNGV改进模型的SOC估计算法

基于磷酸铁锂动力电池改进的PNGV等效电路模型,提出了卡尔曼滤波法结合安时积分法估算电池荷电状态(SOC)的方法。该模型考虑了温度、自放电等因素对模型参数的影响,在Matlab/Simulink中建立了仿真模型,通过对比采用卡尔曼滤波法结合安时积分法和单独采用安时积分法估计得到的电池SOC值,表明PNGV改进模型能真实地反映电池特性,并能在允许的误差范围内准确估计电池的SOC。     

基于无迹Kalman滤波算法的电池内部温度估计

为实时监测车用锂离子动力电池内部温度,提高电池性能,提出了一种非线性无迹Kalman滤波(UKF)估计算法。对某一2.6 Ah三元单体锂离子电池,建立等效可变参数热模型;用状态方程分析法,建立电池内部外部温度的关联并离散化;用递推最小二乘法(RLS)辨识热模型中时间、表面温度、环境温度、输入电流4种热参数,实时更新系统状态与观测方程的参数矩阵,结合UKF算法,实现电池内部温度估计。通过Matlab搭建仿真模型,用混合动力脉冲能力特性(HPPC)、动态应力测试(DST)以及恒流3种工况,来验证算法精度。结果表明：对于这3种工况,该UKF算法均可在1℃内估计电池内部温度。     

基于GA的车用锂离子电池电化学模型参数辨识

本文中旨在对车用锂离子电池电化学模型进行参数辨识。首先在锂离子电池平均电极模型基础上,利用均匀离散的有限差分法简化电化学模型。基于对模型特性和参数类型的分析,运用遗传算法先后对固相锂离子扩散动力学参数和模型中剩余的参数进行辨识。最终通过多倍率放电实验和NEDC循环工况实验验证了算法的有效性和参数的准确性。结果表明,算法辨识的参数可保证模型输出精度,低倍率放电时单体电压偏差在±0.03V左右。