基于容量增量法的防爆锂电池老化指标分析

现有防爆锂电池矿用机车电池管理系统中电池健康状态仅用于预测电池剩余使用寿命,不对电池老化原因进行分析,对电池维护缺乏指导意义。针对该问题,首先分析了导致锂电池老化的内部因素,即锂离子损耗、活性物质溶解、内阻增加;然后基于容量增量法原理,提出了一种防爆锂电池老化指标分析方法,根据锂电池容量增量曲线高度和横向位置分别对锂离子损耗、活性物质溶解、内阻增加导致的锂电池老化进行量化分析,得出了相应的老化指标;最后介绍了电池管理系统中计算锂电池容量增量和确定容量增量曲线峰谷点的方法。采用电池充放电试验分析了充放电次数和充放电倍率对电池老化的影响:防爆锂电池以较小充放电倍率操作时,随着充放电次数增加,锂电池老化主要为锂离子损耗和活性物质溶解导致的老化;增大电池充放电倍率对内阻增加导致的电池老化影响最大。该方法有助于防爆锂电池管理系统更准确地估算电池健康状态,并为电池维护和电池管理系统的参数设定提供依据。

基于容量增量分析的石墨负极磷酸铁锂电池SOC估算方法研究

本文中对纯电动汽车用磷酸铁锂电池SOC估算方法进行研究。首先,利用基本的测试手段测得反映电池外特性的充放电电压曲线(V vs Q),并用它求得反映电池电化学特性的容量增量曲线(ΔQ/ΔV vs V)。接着,采用容量增量分析法研究充放电倍率、温度和老化程度对电池性能的影响。最后,建立了电池内部相变阶段的容量增量峰与电池SOC的对应关系,并利用这一关系来估算电池SOC,为电动汽车制定动力电池管理策略提供依据。

基于容量增量分析的复合材料锂电池分区间循环衰退机理

以35A·h三元锰酸锂复合材料锂电池为研究对象,探索分析锂电池分区间循环衰退机理。基于容量增量曲线峰值分布,将荷电状态(SOC)区间划分为0%~20%、20%~60%、60%~100%及0%~100%四个区间,分别在各区间进行衰退老化实验。为保证电池各循环区间的容量吞吐量一致,以全区间为基准,在40℃下以2C电流共进行600次充放电循环实验。从起始点开始以100个循环为间隔,在室温条件下采用C/20电流进行容量增量分析(ICA)性能测试实验,分析不同SOC区间电池的衰退机理。结果表明:电池在SOC全区间使用时衰退最快,在低端区间使用时衰退较慢;在中低区间的性能衰退主要是由活性锂离子的损失造成的,而在SOC高端区间还包括活性材料的损失和动力学衰退。本文得到的结论为电池的改进设计及使用区间的选取提供了理论依据。

NCA三元锂离子电池分荷电状态循环的热特性和容量衰退研究

层状三元材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)具有高能量密度和高比容量,在电动汽车领域占据重要地位.但是较差的容量保持率和热安全问题限制了其应用.本文研究了18650型NCA/graphite(2.4 Ah)锂电池分区间循环容量衰退机理和热行为.所考虑的荷电状态(state of charge,SOC)区间有0%~20%(低)、20%~70%(中)、70%~100%(高)及0%~100%(全)四个区间.为了获得电池在不同SOC区间循环后衰减状况,以100个循环为一个周期,每个循环周期结束后,在25℃下测试四个电池的基础特性,包括容量、容量增量(incremental capacity,IC)、电阻及电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS),同时监测电池放电时的温度来讨论电池不同区间循环后的热行为.测试结果表明,电池在全区间循环会降低电池寿命,而在非全区间循环的电池都能一定程度上减缓电池衰老的速度.另外,全区间循环热特性最差而中端循环则表现出较好的热性能,对容量增量曲线分析发现,在高中低区间的性能衰退的主要原因是活性锂离子的损失,而在全区间还包括活性材料的损失和反应内阻的增大.

基于改进容量增量分析法的锂电池可用容量估计

针对动力锂电池在使用过程中难以高效准确估计其衰退后可用容量的问题,提出一种不依赖滤波算法的容量增量分析法获取不同型号电池的容量衰退特征,并基于数据驱动的方法搭建可用容量估计模型。首先,分别分析低通滤波与小波滤波在获取容量增量曲线中存在的问题,并对比差分电压值在1、10、20、50 mV时容量增量曲线的形态。其次,采用移动方差算法对不同电压差分值下容量增量曲线的波动性做出评价,确定出峰值特性明显且平滑的容量增量曲线。提取曲线的峰值作为动力锂电池的老化特征,运用斯皮尔曼相关性系数验证老化特征与电池老化状态之间的相关性。然后,引入门控循环单元建立锂电池的可用容量估计模型。最后,将不同老化测试条件下的2类电池老化数据集用于模型验证。研究结果表明:所建立的估计模型能够有效估算锂电池全寿命循环内的可用容量值,2组数据集中测试结果的相对误差除个别值外,多数相对误差值在2%以内;数据组1中,分别选取电池1和电池3测试数据的前50%为训练数据,后50%为测试数据,训练结果绝对误差稳定在0.05 A·h左右,测试结果绝对误差在0.04 A·h左右;对电池2与电池3的全寿命循环可用容量做出估计,结果相对误差稳定在2%左右;数据组2中对电池5、电池6和电池7的全寿命循环可用容量估计结果的相对误差整体亦在2%以内;且模型能够对锂电池循环过程中出现容量再生现象的循环做出4%以内的准确估计,显示出良好的估算精度和泛化能力。

轨道交通用钛酸锂电池不一致性研究

以搁置一年的钛酸锂电池单体及模块为研究对象,分别对不同荷电状态下搁置的单体和模块进行初始电压、剩余电量、充放电容量等参数的测试,得出单体电池电压及内阻分布;并采用容量增量分析法分析钛酸锂电池在浮充搁置状态下性能的变化,进而研究不一致性对长期处于浮充状态的辅助电源寿命及性能产生的影响。通过整箱电池的电压分布,结合OCV-SOC特性曲线,选出浮充的最佳电压点,为轨道交通中使用的钛酸锂电池充放电控制策略的制定提供可靠依据。

不同充电机制锂离子电池老化行为分析

不同的充电机制会影响锂离子电池的充电时间、循环寿命和安全性能。锂离子电池充电普遍采用阶梯式充电策略。研究并选取合适的充电策略将提高锂离子电池的经济性,在保证安全性能的前提下降低电动汽车用户对于充电时间的焦虑。锂离子电池在充放电过程中,由于锂离子的嵌入和脱嵌,会导致正极负极活性材料损失(LAM)和可用锂离子存量损失(LLI)。通过容量增量分析方法(IC)结合扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)分析,研究了不同充电机制对锂离子电池老化行为的影响,研究发现两种策略对电池老化的机理相近,但不同充电机制将会导致电池内阻增长率不同,进而影响电池和整车的功率性能。

不同充电倍率复合材料锂离子电池循环性能试验研究

以容量为40Ah的方形锰酸锂三元复合材料锂电池为研究对象,探究电池充电倍率对循环性能的影响。采用容量增量分析法,对不同充电倍率循环(1.5C,2C,3C)下的锰酸锂三元复合材料电池衰退机理进行分析和对比,并根据容量增量分析曲线定性分析电池在经过倍率循环后容量衰退的内部机理,最终得到的结论为该复合材料电池的改进设计及实际使用中充电倍率的选取提供理论依据。

高镍三元正极锂电池循环衰减分析

本研究专注于高镍三元正极锂电池循环性能的试验,先通过循环测试,得到该电池的容量衰退结果,之后用容量增量分析法对不同循环次数后的电池进行容量增量分析,预估其容量衰减原因,最后对循环后的电池进行拆解,分析电池正负极结构和表面元素组成后进一步确认电池的衰减原因。