基于二阶阻容模型的锂离子动力电池工作特性的建模及仿真分析

分析比较了几种常见的电池电化学模型和等效电路模型,建立了以电池电动势、电池内阻、电池容量为决策变量的二阶电阻电容等效电路模型,推导出了其状态空间模型.在matlab/simulink平台上搭建模型各个模块,最后对电池电流、电压及SOC进行了仿真分析,结果表明该模型方案设计合理可行.     

快速判定MH-Ni电池失效方法的探讨

通过对失效电池不同充电容量、充电倍率下交流内阻的研究和大电流脉冲下直流内阻的研究,确定了快速判定MH-Ni电池是否失效的相关方法,并通过测量电池的内压和不同充电容量下的充电效率讨论了其有效性.     

高功率型镍氢电池的循环性能

由于没有镉污染,对环境友好,用于高功率设备的镍氢电池的需求量增长很快,目前每年的需求量约为5亿只.但是镍氢电池的一些性能还不能完全满足电动工具的使用要求,突出表现在电池大电流充放循环寿命较差.因此,研制高性能的高倍率镍氢电池不仅具有重要的研究意义,也有很大的应用价值.本文研究影响SC型动力电池循环寿命衰减的主要因素,测量了在大电流循环过程中镍氢电池的内阻、温度及重量变化,并运用SEM、XRD对电池内阻升高的原因进行了分析.我们认为电池内阻升高是镍氢电池大电流循环寿命差的主要原因,分析发现在镍氢电池进行大电流充放电循环时,电池正极膨胀,负极微粉化,电池内部孔隙率增加,致使电解液干涸,电池内阻升高.通过增加负极容量,抑制正极膨胀,可以有效改进镍氢电池大电流充放时的循环性能.     

高功率型镍氢电池的循环性能

由于没有镉污染,对环境友好,用于高功率设备的镍氢电池的需求量增长很快,目前每年的需求量约为5亿只.但是镍氢电池的一些性能还不能完全满足电动工具的使用要求,突出表现在电池大电流充放循环寿命较差.因此,研制高性能的高倍率镍氢电池不仅具有重要的研究意义,也有很大的应用价值.本文研究影响SC型动力电池循环寿命衰减的主要因素,测量了在大电流循环过程中镍氢电池的内阻、温度及重量变化,并运用SEM、XRD对电池内阻升高的原因进行了分析.我们认为电池内阻升高是镍氢电池大电流循环寿命差的主要原因,分析发现在镍氢电池进行大电流充放电循环时,电池正极膨胀,负极微粉化,电池内部孔隙率增加,致使电解液干涸,电池内阻升高.通过增加负极容量,抑制正极膨胀,可以有效改进镍氢电池大电流充放时的循环性能.     

锂离子动力电池内阻模型与实验研究

首先,根据多孔电极理论,建立了锂离子动力电池的仿真模型.对仿真模型的分析可知,影响电池内阻的内部因素为锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数及由极片的电子电导率、电解液的离子电导率和活性材料的电子电导率组成的电池总电导率.分别设计制作磷酸铁锂和石墨半电池,使用恒电流间歇滴定法(GITT)对半电池进行固相扩散系数的测量.使用交流阻抗法(EIS)对半电池进行总电导率的测量.对比半电池实验数据和磷酸铁锂锂离子动力电池实验数据可知,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定;电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定.     

锂离子电池健康状态多因子在线估计方法

针对传统的锂离子电池健康状态估计方法仅用电池欧姆内阻作为单因子评估指标时存在较大误差的问题,提出了一种利用电池欧姆内阻、极化内阻与极化电容共3个模型参数构建的多因子评估模型。选用一阶RC等效电路模型作为基础电路模型,并通过仿真实验验证了所选择电路模型的准确性。对同一型号的多组三元锂离子电池进行循环老化实验,得到离线辨识的模型参数,发现等效电路模型中的欧姆内阻、极化内阻、极化电容与健康状态存在确定的关系。通过带约束的最小二乘算法求解对应模型参数的权重,并以卡尔曼滤波算法在线辨识模型参数,实时获得基于多因子模型的综合电池健康状态。将所提方法与仅用欧姆内阻评估的方法进行了对比,结果表明:所提方法评估锂离子电池真实健康状态的误差变化范围较小,基本在1%左右,精度更高。     

氯化锂溶液为工质的溶液浓差发电实验研究

利用配制的氯化锂溶液作为工作介质,通过实验研究稀溶液和浓溶液浓度变化对逆向电渗析电池组(REDCs)开路电压、内阻以及功率密度等电池特性参数的影响.研究结果表明,由10个电池单元构成的REDCs在所研究的浓度范围内,最大开路电压为1.88V,最大功率密度为1.67 W/m~2.电池的开路电压随稀溶液浓度增大而降低,而随浓溶液浓度增大出现先增后降的趋势.电池内阻随浓、稀溶液的浓度增大而降低.电池的端电压与功率密度受电流影响.随电流增大,端电压呈线性下降的趋势,而功率密度变化却呈上凸的二次曲线.当电路总电阻为电池内阻两倍时,电池功率密度达到最大值.     

基于新健康因子的锂电池健康状态估计和剩余寿命预测

容量和内阻是评估锂离子电池健康状态和预测其剩余寿命的重要指标,然而电池容量和内阻难以直接在线测量.通过分析锂离子电池充电过程中电流和电压的变化特征后提取出两种健康因子,并且证明所提因子与电池容量高度相关,进一步建立了用于锂电池容量估计的两因子线性回归模型.在此基础上,通过结合BP(back propagation)神经网络和粒子群优化思想设计锂离子电池健康状态估计算法.考虑到锂电池的健康状态和剩余使用寿命之间存在一定的映射关系,因此再利用所提取的健康因子和其健康状态估计结果设计了锂电池的剩余使用寿命预测算法.实验结果表明,所提取的健康因子能够准确地进行电池容量估计并应用于在线评估锂离子电池的健康状态和预测其剩余使用寿命.     

电池内阻的方波法测量

<正> 测量电池内阻的方法很多,目前人们使用的有直流伏安法、短路电流法、交流电桥法和方波电流或脉冲电流法等。本文在对方波法测量电池内阻进一步研究的基础上,提出用标准曲线和双波重叠两个具体测量方法。为电池内阻的快速测量提供了方便,也为电池的批量生产提供了方便、快速的检测方法。     

改进的PNGV模型估算全钒液流电池荷电状态

针对全钒液流电池(VRB)充放电时,循环泵产生的支路电流对荷电状态(SOC)估算有影响的问题,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的全钒液流电池SOC估算方法。通过改进的新一代车辆伙伴关系(PNGV)等效电路模型,在考虑了电池堆极化、支路电流分流和温度对电池内阻影响的情况下,建立了VRB仿真模型。采用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法和扩展卡尔曼滤波(EKF)算法对电池SOC分别进行估算,并与试验测量值进行对比分析。仿真结果表明:UKF算法比EKF算法更接近试验测量值,其估算误差不超过±0.02。     

电动汽车动力性与能耗经济性参数灵敏度分析

建立了电动汽车动力性和能耗经济性的计算数学模型.根据该模型提出了汽车总质量、传动系机械效率、滚动阻力系数和空气阻力因数等参数对电动汽车动力性和能耗经济性影响程度的参数灵敏度计算方法,并对某电动汽车的动力性和能耗经济性进行了参数灵敏度分析.分析结果表明:传动系效率的取值对最高车速、加速时间、加速能耗的影响均较大.研究结果为电动汽车动力系统的参数设计与优化,改善纯电动汽车的动力性和能耗经济性提供了依据.     

基于温变双极化模型的锂离子电池荷电状态估计

电池荷电状态（SOC）的准确估计对延长电池使用寿命、提高电池利用率和保障电池安全性具有重要意义。在不同环境温度下进行了锂离子电池的基本性能试验和动态工况试验,建立了温变双极化等效电路模型。基于该模型,采用H无穷滤波算法代替传统的扩展卡尔曼滤波算法,在无需假设过程噪声和测量噪声均服从高斯分布的前提下,实现了SOC的精确估计。在考虑温变和电池模型存在误差的条件下进行验证,不同温度条件下的SOC估计最大误差保持在±0.03范围内,证明了所提出的SOC估计算法具有较高的温度适应性和鲁棒性。     

基于多点接地模型的电池组绝缘检测研究

针对铁路客车用串联电池组中各电池单体均有出现接地的可能,该文提出多点接地的模型和电池组大漏电流的概念,推导了大漏电流的位置、测量方法及其表达式,对电池组的接地问题进行研究。MATLAB/Simulink的仿真结果和实验测试数据证明了该文采用的模型、测量方法和推导过程的正确性。     

基于STM32的电池管理系统的研究与设计

为加强电池组的管理与保护以及减少电池组各单体参数之间的差异,设计了一套基于STM32F103VET6的电池管理系统;并提出在电阻耗能法的基础上结合能量转移思想对电池组进行均衡管理。运用MATLAB/Simulink工具建立了锂电池模型,并对电池所采用的均衡方案进行了仿真分析。仿真结果表明:采用改进的均衡方案电压偏差明显减小,单体之间的电压逐渐趋近到一个固定的值。此外通过18650型锂电池对电池管理系统进行了均衡实验测试,求出了均衡前后电压的期望值和方差值。经过对比分析,进一步验证了电池管理系统电压均衡的有效性。     

基于RC等效电路的动力电池SOC估计算法

精确的动力电池剩余电量(SOC)是混合动力系统进行动力分配的重要依据,也是整车控制和降低使用成本的关键.因而,采用简化的RC电池等效电路,建立了电池的动态充、放电模型,把该模型转化为状态空间表达式.基于不同温度下的镍氢动力电池开路电压,通过混合脉冲功率性能(HPPC)测试方法测量,得到动力电池的动态工作内阻.根据电池的动态工作电流,在线实时估算动力电池的SOC.仿真及实验室测试结果表明,该方法的估算误差小于8%,验证了该SOC估算方法的有效性.     

优化分级T-S模糊控制动态估计纯电动汽车电池健康状态

针对纯电动汽车动力电池健康状态（state of health,SOH）预测中非线性影响因素多、算法繁杂、难以在单片机开发平台中实现等难点,首先利用累计充电循环次数计量法得到使用循环次数,将SOH与使用循环次数、内阻变化量、电压降值的相关非线性关系转换成离散的二维数据表,依据使用条件,采用二分查表法获得不同估计方法下SOH值;再将使用循环次数、电压降值和内阻变化量作为输入量,以相应SOH的权重作为输出,利用T-S模糊控制建立SOH动态预测模型,根据权重和边界条件计算得到SOH.仿真结果表明,所提方法最大预测误差4.3%,响应时间55 ms内,预测效果比现有方法显著提高.      

基于传质现象的锂电池机理建模

在比较分析各类蓄电池系统模型的基础上,提出一种基于传质现象的锂电池简化机理模型.采用COMSOL v3.5软件针对型号为IHR 18650的锰酸锂离子电池进行仿真研究,并通过放电实验对简化模型的有效性进行验证.结果表明,提出的简化模型能够较为准确地描述锂离子电池的外部特性.文中进一步对不同充/放电电流条件下的锂离子浓度和电势分布情况、设计参数对锂电池性能的影响以及锂离子浓度和电势分布随电池充/放过程的变化情况进行了仿真分析.     

磷酸铁锂电池组成组过程的不一致性分析

为研究磷酸铁锂电池在成组过程中遇到的不一致性的问题,并指导电池成组方式的选择,进行了相关试验和建模。用同一种磷酸铁锂电池,经过不同的工况,然后按不同的方式成组,来模拟实际电池组的不一致性。对Rint模型进行改进,在单体模型的基础上,构建了电池组串联、并联和混联模型。使用热模型验证并联模型下的电流分布。研究发现:由于单体间内阻不一致,并联单体之间,工作电流分布并不均匀,甚至可能造成安全问题。由此提出了"不一致性系数"的概念。通过计算各种混联方式的不一致性系数,建议采用能保证并联在一起的单体或模块内阻尽可能相似的连接方式。     

蓄电池内阻在线巡检与谱分析仪的设计

通过检测蓄电池内阻可以确定其容量,以便保证蓄电池功能可靠.为此,设计了四线交流注入的蓄电池内阻检测仪.为了抑制噪声干扰,提高仪器的可扩展性,在LabVIEW平台上,基于快速傅里叶变换,设计了信号幅度谱和相位谱分析仪.通过蓄电池内阻变化,能够及时发现失效电池.