基于可变放电截止电压的锂离子电池的低温加热方法研究

针对锂离子动力电池低温环境使用问题,提出了一种基于可变截止电压的电池加热方法。在低温环境下,以某一恒定充放电电流倍率对电池进行多个充放电循环,以截止电压作为每一个充放电循环的结束条件,在每一个充放电循环结束后,将截止电压增加某一梯度值并进入下一个充放电循环,利用电池充放电时内阻产生的热量对电池进行加热,直至电池达到目标温度。对额定容量为1Ah的18650磷酸铁锂电池进行低温加热实验,结果表明,在环境温度为-10℃的条件下,截止电压变化梯度为0.05V,充电电流为2C,放电电流为4C,能够实现21min内电池从-10℃加热到5℃。     

电动汽车动力电池容量衰减的层析图像检测

常用的电动汽车动力电池容量衰减循环充放电检测方法由于忽略了电池在充放电过程中所发生的"伴随有电荷转移的化学反应",因而难以正确、非破坏性地检测动力电池容量及其衰减状况.鉴于此,文中根据电池电化学和计算机层析图像测量原理,以电动汽车车用磷酸铁锂动力电池容量衰减为研究对象,研究了处于电化学反应过程中的动力电池电性能参数与其内部活性物质结构形态之间的关系,提出了电动汽车动力电池容量衰减层析图像检测方法,在此基础上建立了动力电池容量衰减检测实验系统,并以此对某款典型的纯电动汽车车用磷酸铁锂动力电池的容量衰减进行了实验验证.结果表明,该方法具有实用、快速和可非破坏性地检测动力电池容量衰减的特点.     

基于形态与性能的动力电池循环寿命预测方法

常用的锂动力电池循环寿命预测模型由于忽略了电化学反应引起的结构变化而导致锂动力电池寿命预测出现错误.为此,以磷酸铁锂动力电池为对象,研究了锂动力电池内部结构形态与锂动力电池循环寿命之间的关系,提出了基于形态与性能的动力电池循环寿命预测方法,建立了基于形态与性能的动力电池循环寿命预测模型(BLPC模型),研发了对应的动力电池循环寿命检测系统(BLPC系统),并以此对磷酸铁锂电池进行了循环寿命实验和BLPC模型的验证分析.结果表明,与常用的电池循环寿命预测方法相比,该预测方法具有可行与实用的特点.     

动力电池动态老化模型的研究与仿真

本文针对动力电池老化试验耗时长、工作量大等问题,在现有的电池老化研究基础上,把电池老化描述为日历老化和循环老化2种过程,并分别建立电池的日历老化模型和循环老化模型,以流经电池的电流大小为转换条件,把二者统一于电池动态老化模型。基于该模型可以估计短时间、多工况切换条件下动力电池的衰减容量。在计算机环境下完成该模型的搭建,并进行了3种不同的电动汽车充电方案下电池老化情况的仿真试验,在较短的仿真时间内模拟了电池老化的过程,降低了验证电池老化过程的成本。     

电动汽车用锰酸锂与磷酸铁锂动力电池性能比较分析

尖晶石锰酸锂和橄榄石磷酸铁锂离子电池是当前电动汽车用动力电池的主体,采用实验比较研究的方法,对比了两种动力电池正极材料电化学特性,研究了两种材料制备成动力电池的能量密度、功率密度、温度特性、循环寿命以及应用特性.结果表明:除低温性能和功率密度外,磷酸铁锂动力电池在其他方面的性能均优于锰酸锂动力电池.     

典型温度下磷酸铁锂电池PNGV模型研究

温度是影响电池性能的重要因素之一。本文对典型温度下磷酸铁锂电池PNGV模型进行研究。通过大量的试验得出了磷酸铁锂电池充放电特性曲线,在此基础上建立了PNGV模型。应用混合脉冲功率性能测试试验(HPPC)对典型温度下模型参数进行了辨识,分析了典型温度下模型参数的变化规律。最后应用基于北京公交的纯电动客车用动力电池动态测试工况(BBDST)对模型进行了验证。验证结果表明PNGV模型在一定程度上能够反映磷酸铁锂电池的特性。同时,该模型在磷酸铁锂电池上的应用也存在一定的累积误差。     

基于有限元分析的动力锂离子电池生热特性研究

针对电动汽车用动力锂离子电池的热安全性问题,以某11 Ah动力锂离子电池为例,进行有限元建模分析,分别对锂离子电池单体在不同充放电倍率、不同环境温度以及不同散热条件下的发热情况进行了分析.结果表明,锂电池放电倍率越高温升越高且温度分布越不均匀,良好的散热模式有助于电池温升的抑制和提高电池的热稳定性.定量化的计算仿真结果符合实际,研究结果为该类电池的建模与仿真提供了借鉴和参考,对锂电池单体的设计优化及锂电池热管理系统的研发具有指导意义.     

车用动力电池的挤压载荷变形响应及内部短路失效分析

机械载荷作用对车用动力电池的安全性具有重要影响,其中挤压变形是导致车用动力电池发生短路失效的重要因素之一.从方形磷酸铁锂电池的详细结构和内部短路失效机理出发,分别对电池整体和局部受压两种典型的挤压载荷进行试验,并结合其力-变形响应、电压和温度的变化关系分析电池的失效特征.建立方形磷酸铁锂电池内芯的新型本构方程和电池的有限元模型,对平面挤压和局部压痕载荷下电池的变形响应进行数值分析.结果表明,所建立的模型合理地表征了磷酸铁锂电池在挤压条件下的基本力学特性,并且能够预测局部受压形式下电池内部短路的发生时刻和失效位置.研究为方形磷酸铁锂电池在机械载荷条件下的变形响应特性和电池内部短路失效分析提供了参考,对提高电动汽车动力电池的机械安全性具有实际的工程意义.     

锂电池性能与温度相关性的基础实验研究

为综合分析影响电池性能的热环境因素,利用恒温油浴工况、近似绝热工况分别模拟有无热管理措施的动力电池组工作热环境,对松下18650锂电池进行了充放电性能与温度相关性的基础测试,研究了电池工作热条件、电池状态及放电倍率对其充放电性能的影响。研究结果表明:无论在何种热条件下,电池充电容量总是小于上次放电容量;当充电温度低于20℃时,电池充电容量随着充电温度的降低迅速衰减,若前一次放电倍率为0.5C、充电温度从20℃降至-10℃时,充电容量衰减12%;较高的放电温度能有效抵消电池大倍率放电引起的容量损失,当电池在40℃环境中以2C倍率电流放电时,其容量衰减仅为3.7%;当电池放电倍率较小,且工作温度高于30℃时,温度对电池放电性能的影响逐渐减小;环境温度较低时,电池放电容量随温度降低迅速衰减,当电池放电温度为-10℃时,其2C倍率放电容量衰减高达50%。本研究期望对高效、可靠及合理的电池热管理系统的设计提供理论依据。     

喷雾干燥法制备LiFePO4/C正极材料

采用机械液相活化结合喷雾干燥法制备LiFePO4/C正极材料,并用该材料制备容量为10A.h的动力电池.通过X-射线衍射、扫描电镜、振实密度和电导率测试对材料的物理性能进行综合分析,采用循环伏安、循环寿命和不同倍率下充放电性能测试对电池进行电化学研究,由过充、冲击、针刺等实验检测电池的安全性.结果表明:该材料晶型完整、颗粒均匀、振实密度高、导电性好;制备的单体动力电池在1.0倍率下循环150次后容量保持率仍然超过98%,大倍率充放电性能好,且安全性较高.