高功率钛酸锂电池性能研究

为了更好地满足航空、军事以及能源器件对于高功率化学电源的需求,对LTT65系列电池进行了优化,控制原有电池其他参数不变的同时,使得内部颗粒变小,优化后的电池对于放电倍率进行了提升。针对改进后的电池,首先对于电池的放电性能进行测试,得到放电深度的具体数值,其次根据电池放电后的电压回升问题通过HPPC(hybrid pulse power characteristic)方法对于内阻进行测试和计算。结果表明:电池在高SOC(state of charge)状态下内阻伴随着放电率的增加而减小,电池在较低SOC状态下内阻增加,呈现出一定的复杂趋势。最后对于该倍率状态下的电池温升进行分析,得到了电池温度会随着电池放电倍率的增加将会出现拐点的结论,电池的温度拐点出现在45℃,最大温度值为63℃,温升值为38℃,而后根据实验结果对于电池不同倍率下的温升、热功率等参数进行测定,对于电池的放热特性进行了整体研究。

功率型锂离子动力电池的内阻特性

为了深入分析功率型锂离子电池的内阻特性及影响因素之间的关系,本文利用混合脉冲功率特性测试方法(Hybrid Pulse Power Characterization,HPPC)测试锂离子电池在不同温度环境、荷电状态(Stage of Charge,SOC)下的内阻变化规律,实验结果表明锂离子电池内阻在低温环境和较低SOC下变化明显.最后利用多项式最小二乘法拟合得到锂离子电池内阻与环境温度之间的关系表达式,为下一步实现电池功率在线预测提供了数据支持和理论基础.

基于PNGV电路模型的航空钴酸锂电池内阻研究

对航空钴酸锂离子电池进行PNGV建模。通过模型的建立,可依据测试出的外部变量值来估算电池的内部状态变量。实验使用HPPC(hybrid pulse power characterization)法来获取锂电池在脉冲加载和过渡过程中的各项参数。最后通过Matlab/Simulink对电池的PNGV等效模型进行仿真分析。研究表明:所选取的PNGV模型精度高,能真实地模拟电池充放电特性;在固定温度和已知SOC的情况下,模型参数能得到较准确的估计。本实验结论可为锂电池的内部状态变量估算提供理论依据。

基于大平板热管的电池热管理实验及仿真

热特性是影响锂离子电池性能的主要因素之一,当电池以较高倍率进行充放电时,热量聚集使温度迅速上升,影响电池性能,甚至会产生燃烧或爆炸。本工作搭建了一种基于大平板热管的高效高均温性电池散热模型。电池组置于大平板热管上,底部辅以风冷散热,在不同工况下对电池表面平均温度及最大温差进行数值计算,并通过实验验证了热管理模型准确性。结果表明,当环境温度为20℃、冷却风速为5 m/s、以1 C放电至截止电压时,电池组平均温度为38℃,最大温差为1.9℃;在大平板热管散热端适量布置翅片可增大换热面积,提高换热效率。

电动汽车用磷酸铁锂动力电池内阻特性研究

以电动汽车用磷酸铁锂动力电池为研究对象,采用混合脉冲功率法(HPPC)对磷酸铁锂动力电池进行测试,分析脉冲电流大小、脉冲时间与电池直流内阻、极化内阻的影响。研究结果表明:随着脉冲时间的增加,磷酸铁锂动力电池的内阻呈增长态势;放电电流增大,电池的极化内阻和直流内阻呈减小态势;在32A放电电流,荷电状态(SOC)=100%条件下,磷酸铁锂动力电池的极化内阻为20.89mΩ,直流内阻为62.49mΩ。

纯电动汽车用磷酸铁锂电池工作特性分析与表征

磷酸铁锂电池作为锂离子电池之一,因原材料磷、铁存在于地球的资源含量丰富,并且在高温与高热环境下的稳定性高等优势,在纯电动汽车中有着广泛的应用。为准确估算磷酸铁锂电池的荷电状态(SOC),以容量为10Ah的磷酸铁锂电池作为对象进行了研究,控制温度在25℃下,通过标准充电与放电试验、不同倍率的充放电试验和OCV-SOC非线性曲线辨识试验分析其工作特性。根据电池内部的极化反应、OCV-SOC相对稳定性,建立戴维南等效模型。通过HPPC测试试验对其实现参数辨识,得出欧姆内阻均值R0为20.68mΩ,极化内阻均值RP为1.36mΩ,极化电容均值CP为47747.9F。通过试验得到其电压、电阻工作特性,且模型参数可为锂离子电池的荷电状态准确估算提供理论依据,为纯电动汽车用磷酸铁锂电池今后建模仿真、SOC的准确估算和电池管理系统设计提供了可行性方案。

基于PNGV电路模型的新能源汽车钴酸锂电池内阻研究

对新能源汽车钴酸锂电池进行PNGV建模,依据可测的外部电压和电流来估算电池内部直接测量的欧姆内阻和极化内阻。实验采用混合脉冲功率特性法(HPPC)来获取锂电池在脉冲充放电和过渡过程中的各参数。最后基于Matlab/Simulink对电池的PNGV等效模型进行了可行性验证。实验表明,用HPPC实验测得的锂电池极化电阻Rp和欧姆内阻R0精度高,辨识方法正确。基于PNGV电路模型对汽车动力钴酸锂电池进行等效研究可行,该模型电压估算误差0.015 V,欧姆内阻与极化内阻最大误差分别为0.0728 mΩ和0.0696 mΩ。本实验结论可为钴酸锂电池的内阻估算提供理论依据。

基于Thevenin模型和自适应卡尔曼的SOC估算研究

精确的荷电状态(SOC)值在电池的应用开发中具有重要的意义。选择合适的滤波算法是精确估算的前提。由于扩展卡尔曼滤波(EKF)中噪声的给定值与实际工况下噪声的统计特性不符,导致估算精度低。为提高S0C估算精度,构建能准确反映锂电池工作特性的Thevenin电路模型。在此基础上,构建状态方程和观测方程,提出自适应卡尔曼滤波(AKF)算法。利用混合动力脉冲能力特性(HPPC)试验对模型参数进行辨识,通过MATLAB/Simulink建模仿真,分析锂电池分别在恒流放电和动态工况下S0C估算的精度。试验表明,Thevenin模型能够良好地表征锂电池的工作特性且能较好地进行S0C估算,参数辨识、恒流放电工况、动态工况下的最大误差分别控制在0.4%、0.2%、0.1%以内,验证了AKF应用于锂电池S0C估算的优越性。

基于PNGV模型和高斯-厄米特滤波的SOC估算研究

为解决锂离子电池荷电状态(SOC)估算精度不高和初值鲁棒性差的问题,提出了一种基于新一代汽车伙伴计划(PNGV)等效电路模型和高斯-厄米特滤波(GHF)算法的锂离子电池SOC估算方法。首先,建立PNGV模型来模拟电池的动静态工作特性,列出该等效电路模型的状态空间方程;然后,利用混合动力脉冲能力特性测试试验,对模型中的动态参数进行辨识,并通过电流激励下的电压响应对比验证了模型及参数的有效性;最后,结合GHF算法得出了算法的系数矩阵和递推过程。在Matlab/Simulink平台上,对该SOC估算方法的估算效果进行了仿真分析与验证。结果表明,无论是在恒流、周期恒定电流和周期变电流工况下,还是在城市道路循环(UDDS)变电流工况下,SOC都能实时跟踪真实值的变化。同时,该算法对初值有较好的鲁棒性。在初始SOC为0.8的情况下,SOC估算最大误差不超过3.7%,具有较高的精度。该算法为锂离子电池SOC的估算提供了一种新的思路。

三元锂电池内阻特性的研究

以2.9 Ah三元锂电池为实验对象,参考FreedomCAR功率辅助型混合动力车电池测试手册,利用HPPC混合脉冲功率测试方法测试不同脉冲电流大小、不同脉冲时间长度下充放电过程中的内阻,实验温度为25℃,得出充放电状态下内阻的变化规律。实验结果表明,随着SOC的增加,充放电过程的内阻都呈现减小趋势,放电过程的内阻R值高于充电过程的内阻R值,且SOC=0.3后,放电过程的R值趋于稳定状态;随着脉冲电流大小的增加,内阻R值减小;随着脉冲时间的增加,内阻R值增加;SOC=0.1和SOC=0.2时的内阻R值明显大于SOC=0.3到SOC=0.9时的R值。

基于因子分析与K-means聚类的退役动力电池快速分选方法

针对目前退役动力电池数量多、快速分选方法匮乏的问题,提出一种基于脉冲功率测试(Hybrid PulsePower Characteristic,HPPC)、因子分析和聚类算法的退役动力电池快速分选与重组方法。根据电池管理系统(Battery Management System,BMS)记录的电池数据,计算单体电池电压数据得到电池最大可用容量。以HPPC一次放电脉冲提取的电池开路电压、欧姆内阻、极化电阻以及浓差电阻作为特征变量。特征变量数据经归一化算法与因子分析优化后,通过聚类算法完成电池分选与重组。实验结果表明:该方法下单体电池平均分选重组时间压缩在30 min以内,分组后一致性指标较好,在退役动力电池分选与重组中具有较好的实际意义。

结合Thevenin和PNGV模型的电池等效电路建模改进

为了对电池管理系统(BMS)中极为重要的一个参数——电池荷电状态(SOC)进行准确估算,选择更加精确并适合锂电池的等效电路模型,对比和分析了Thevenin模型和改进型PNGV模型在模拟锂电池的动静态工作特征方面的精度和具体误差产生原因,并提出了进一步改进的方向和建议。首先,对锂电池进行混合脉冲功率特性(HPPC)试验,得到等间隔SOC下的试验数据;然后,采用精度较高的双指数拟合法对所获数据进行参数辨识;最后,在Matlab/Simulink环境下建模并仿真验证。验证结果表明,在温度环境相同的情况下,Thevenin模型的端电压仿真值与试验值的最大误差不超过0.165 V,模型精度达96%;改进型PNGV模型的最大误差不超过0.055 V,模型精度达98%。该试验可为锂电池内部状态变量的准确估算提供理论依据,为其他电池模型的优化改进提供参考。

新型铝硫电池的等效电路模型及参数辨识

铝硫电池作为一种低成本,安全高效的新电池技术,成为电池储能的发展方向之一。与传统锂离子、铝离子、钠离子电池的充放电原理不同,铝硫电池的充放电过程是一个多步连续的氧化还原反应,因此铝硫电池的充放电曲线与工作特性都较为特殊。由于铝硫电池与传统阳离子电池不同的工作原理和特点,因此铝硫电池尚没有匹配的电池模型。针对这一问题,文中提出了一种基于二阶RC等效电路模型的铝硫电池等效电路模型,并使用HPPC测试数据,实现了模型参数的离线辨识。通过仿真平台的模拟测试,证明该模型在低电流及中等电流条件下具有良好的准确性,可以满足铝硫电池在下一步电池荷电状态估计中对模型精确度的要求,实用性很高。