基于电化学-热耦合模型的21700型锂离子电池充放电过程热行为分析

锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、输出功率大、可承受较宽充放电倍率等特点,已成为电动汽车领域电池开发的研究热点.锂离子电池在循环过程中的热行为对其性能、循环寿命和安全性有着较大的影响.本文基于21700圆柱形锂离子电池建立电化学-热耦合模型,并通过实验验证模型的精确性.分析了充电过程中的热行为,包含温度和产热分布.结果表明,充电过程中的温升主要受恒流充电过程的影响,电池平均温度和总产热均呈先上升后下降的趋势,且电池不可逆热占比高于可逆热.通过对比充放电过程的温度分布和产热变化可知,恒流充电过程中的产热和温度均大于恒流放电过程,充电过程具有温度提升时间短、变化速度快、产热峰值高等特点.     

基于开路电压法与卡尔曼滤波法相结合的锂离子电池SOC估算

鉴于卡尔曼滤波法中电池荷电状态(state of charge,SOC)的初始值一般根据开路电压法确定,传统开路电压法是通过测量电池开路电压,由电池开路电压与电池荷电状态之间的关系曲线得到电池SOC,耗时较长.本文在此基础上提出一种新的办法,通过对电池放电曲线及恢复曲线分析,结合电池等效模型,拟合出开路电压的计算公式.用放电停止后的某时刻电压估计电池的开路电压.不但解决了SOC估算中开路电压法用时长的问题,而且提高了开路电压值的准确性,进而提高了SOC估算精度.再以戴维宁模型为基础,通过电池测试平台辨识电池模型参数,并验证其可靠性,采用扩展卡尔曼滤波算法实现了对电池荷电状态的估算,状态参数SOC估算初始值由改进后的开路电压法估算出的SOC值确定.结果表明该方法解决了初始值的偏差导致的估算初期误差较大问题,提高了整体的估算精度.     

基于最小二乘法的锂离子电池参数辨识方法研究

目的 针对使用戴维南等效电路模型对锂电池进行参数辨识不够精确的问题,提出一种二阶 RC 等效电路模 型并对锂电池进行参数辨识。 方法 通过脉冲放电实验得到锂电池的相关数据,在 MATLAB 上使用最小二乘算法 对所建立的二阶 RC 等效电路进行参数辨识,并对不同 SOC(State of Charge)下锂电池各个参数的变化情况进行分 析,通过计算锂电池的端电压来判断参数辨识的精确度,最后将辨识结果与戴维南等效电路模型所辨识的结果进 行对比并分析。 结果 随着锂电池 SOC 下降,锂电池的各个参数会有轻微的波动,在锂电池的 SOC 处在较低的水平 时,锂电池的各个参数变化比较剧烈,这是由于锂电池的化学浓差极化所导致的,当将辨识的参数用来求解锂电池 的端电压时,随着时间的推移,发现锂电池的端电压的误差波动比较稳定,且最大误差不超过 0. 05 V,反观使用戴 维南等效电路模型求得锂电池的端电压误差波动比较大,且最大误差超过了 0. 08 V。 结论 在锂电池参数辨识上 二阶 RC 等效电路比戴维南等效电路更加准确,能够更好地描述锂电池的动静态特性,为后续对锂电池的荷电状 态估计提供了有力的基础。     

基于TDLAS的一氧化碳浓度检测的研究

可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）是利用气体分子的吸收光谱技术,痕量大气中污染气体的成分及浓度的新方法．介绍了TDLAS系统的组成及原理,分析了气体检测中二次谐波信号的检测原理,建立了待测浓度气体的二次谐波信号与标准浓度的二次谐波信号之间的模型,并用实验验证了该模型的准确性．     

基于核主成分KPCA的LS-SVM的算法分析

主成分分析（PCA）是一种重要的特征抽取方法,而核主成分分析（KPCA）是在此基础上结合核函数提出来的主成分分析法,在多维回归分析中具有重要的作用。最小二乘支持向量机（LS-SVM）是SVM的一种改进算法,将KPCA与LS-SVM结合起来建模,并试验说明较之单独用最小二乘支持向量机（LS-SVM）建模方法具有更良好的推广性。     

散焦含噪图像的点扩散函数估计与亚像素边缘检测

针对机器视觉中图像模糊的原因,采用广义高斯函数描述点扩散函数(PSF),建立边缘过渡区模型,从一幅图像所含多条边缘中提取样本,依据提出的整合准则从全部样本的估计结果中计算整幅图像的PSF,利用最优求解的概念,可实现最小二乘意义下PSF及亚像素级边缘位置的最佳估计。实验结果表明, 由于算法获得图像所对应PSF的最佳估计,边缘检测具有比较高的抗噪性能,在边缘亚像素检测基础上完成的尺寸测量误差小于0.5%。     

基于卫星位置与速度的北斗卫星广播星历拟合

提出基于卫星位置与速度的广播星历拟合算法,给出了该拟合算法的计算过程,并对传统坐标拟合算法与坐标+速度拟合算法的拟合精度及外推精度进行比较.结果表明:基于位置+速度的拟合算法是有效的,且与传统坐标拟合算法相比,该算法能显著提高拟合的速度精度,且坐标精度也略有提高.此外,在卫星轨道数据已知历元数较少时,采用坐标+速度拟合算法优势更明显.     

基于实数编码遗传算法的超二次模型参数提取计算

如何从真实景物形状信息中计算出对其几何形状描述的超二次基元模型的参数,是从二维图像或三维数据中进行超二次模型重建的关键,这个过程称为超二次模型的参数提取,也称为超二次拟合计算.由于传统的搜索算法很容易陷入局部最优解,因此,本文将实数编码遗传算法应用于超二次模型的参数提取中,针对不同的遗传算法控制策略、遗传算子等进行了大量的拟合计算数值比较实验.数值实验表明,应用实数编码遗传算法进行超二次模型参数提取计算具有效率高、鲁棒性好、精度高的优点.     

高速公路交通流宏观模型的一种分类辨识算法

高速公路交通流模型是一个高阶非线性时变系统 ,这使得该模型的辨识问题成为一个非常困难的问题。简要介绍了模型及其中各参数的含义 ,在对模型参数加以分析、讨论的基础上将其分类并分别采用径向基函数 (RBF)神经网络和最小二乘法对模型的参数进行分类辨识 ,成功地解决了该模型辨识的工程化问题。通过与传统的复合形法的辨识结果进行比较 ,该方法的辨识精度和速度均明显提高 ,仿真效果令人满意     

锂离子动力电池参数辨识与状态估计

从锂离子动力电池的电流激励-电压响应出发,在改进的FreedomCar电池模型存在的基础上,提出了基于最小二乘法的电池模型参数辨识的方法;根据混合动力汽车的具体应用条件,提出基于电流-时间窗口的SOC(荷电状态)估计方法.该方法已成功应用于电-混合燃料电池轿车"超越三号"的实车运行.     

具有电容和脱嵌锂特性的锂离子电池复合负极材料性能

以中间相炭微球和活性炭为原料,采用物理混合的方法制备锂离子电池复合负极材料.用扫描电镜、X线衍射仪、恒电流充放电和循环伏安(CV)测试来表征材料的表面形貌、结构和电化学性能.研究结果表明:制备复合材料的中间相炭微球和活性炭混合均匀;复合材料首次放电和充电比容量分别为549和290 mA-h/g,当电压为0.25～3.00 V时,复合材料充电曲线斜率介于中间相炭微球和活性炭的充电曲线斜率之间,比容量为93 mA-h/g,显示复合负极材料同时具有脱嵌锂特性和双电层特性;循环30次后,复合材料的放电容量为240 mA-h/g;在充放电电流密度为4 A/g时,复合材料的电化学极化较中间相炭微球的极化显著降低,是一种具有发展前途的锂离子电池负极材料.     

锂离子电池浓差极化及放电特性分析

针对锂离子电池内部浓差极化及其影响因素,对典型的NCM/C系锂离子电池进行试验获得关键性能参数,利用COMSOL软件建立电化学模型并试验验证其准确性,基于模型开展电池放电过程中固、液相浓差极化特性及其主要因素对电池放电性能影响的仿真研究.结果表明:电池在放电过程中,单独改变负极粒径对负极固相浓差极化的影响更加明显,等比变化范围内负极引起的固相浓差变化幅度约是正极的136.05％;改变正极厚度更易加剧液相浓差极化,等量变化范围内正极引起的液相浓差变化幅度约是负极的199.01％;正极厚度对电压平台和电池容量影响显著,负极粒径影响电压平台而对容量几乎无影响;相比两者,正极厚度是同时影响电池浓差极化和放电性能的关键因素.     

航天用锂离子电池性能评估

通过对额定容量为10Ah电池的研究，评价了电池的比能量、高低温放电性能、循环性能及电池内阻等．实验表明，电池的能量密度超过150Wh／kg；室温与50℃的对比实验表明，随着放电倍率的增大，50℃时放电平台电压下降得更快；-10℃、-20℃及-30℃时电池放电容量分别为初始容量的97．1％、91．7％及83．3％；0．5C倍率充放电1000次循环后，电池容量仍为初始容量的86．6％；以25％、30％及40％放电深度模拟低轨道卫星做循环寿命实验，表现出良好的循环性能，已达到航天用锂离子电池性能指标．     

车用锂离子动力电池系统的安全性

 动力电池安全性是新能源汽车大规模推广应用过程中,各方最关注的焦点问题之一。本文阐述锂离子动力电池作为车用电源系统的安全性问题及其有效的解决方案。动力电池系统安全性问题主要分为3个层次,即"演变"、"触发"和"扩展"。"演变"是指动力电池安全性事故发生之前,故障可能经历了长期的演化过程;"触发"是"演变"过程的转折点,也可以是突发情况破坏了动力电池系统,并导致安全性事故。阐述了锂离子动力电池热失控"触发"的机理,对于不同种类的热失控触发形式进行了分析。在动力电池安全性事故"触发"问题上,最为核心的问题是锂离子动力电池的热失控。热失控"触发"发生后,应防止热失控"扩展"的发生。论述了热失控"扩展"过程的机理,以便于提出更加合理的安全性设计方案,防范热失控"扩展"的发生,降低安全性事故造成的损害程度。基于热失控"演变"、"触发"与"扩展"的机理,提出了事故防范和安全性监控的多项措施。     

锂离子电池用硅负极材料的研究进展

硅基材料具有较高的储锂比容量,是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而,硅负极在充放电过程中巨大的体积效应以及较低的电导率限制了其商业化应用。目前,提高硅负极性能的措施主要包括:材料纳米化、复合化以及结构特殊化等。本文报告了近年来硅基材料作为锂离子电池负极材料在纳米化、复合化及结构特殊化等研究领域的最新研究进展,并展望了硅基材料作为锂离子电池负极材料的发展前景。     

Dead lithium phase investigation of Sn-Zn alloy as anode materials for lithium ion battery

In this work, based on First-principle plane wave pseudo-potential method, we have carried out an in-depth study on the possible dead lithium phase of Sn-Zn alloy as anode materials for lithium ion batteries. Through investigation, we found that the phases Li_xSn₄Zn₄(x = 2, 4, 6, 8) contributed to reversible capacity, while the phases Li_xSn₄Zn_8−(x−4)(x = 4.74, 7.72) led to capacity loss due to high formation energy, namely, they were the dead lithium phases during the charge/discharge process. And we come up with a new idea that stable lithium alloy phase with high lithiation formation energy (dead lithium phase) can also result in high loss of active lithium ion, besides the traditional expression that the formation of solid electrolyte interface film leads to high capacity loss. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50771046), Natural Science Foundation of Guangdong Province (Grant No. 05200534), Key Projects of Guangdong Province and Guangzhou City (Grant Nos. 2006A10704003 and 2006Z3-D2031) and China Postdoctoral Science Foundation (Project No. 20080440764)     

螺旋形碳纤维的制备及其储锂性能

用镍片和PCl3分别作为催化剂和助催化剂,通过催化裂解乙炔制备出形貌规整的螺旋形碳纤维。采用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)对螺旋形碳纤维的组成和结构进行分析。通过恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等手段表征螺旋形碳纤维的电化学性能并对其储锂机理进行分析。结果表明,在50mA/g电流密度下,首次放电容量为513mAh/g,充电容量300mAh/g,经30个循环后可逆容量增至314mAh/g。对比分析螺旋形碳纤维与天然石墨的循环伏安曲线和充放电曲线,发现二者的储锂方式明显不同,天然石墨的主要储锂区间在低电位进行,而螺旋形碳纤维的储锂电压区间较宽。这与螺旋形碳纤维中存在着较多微孔和缺陷有关,这种结构有利于锂离子在材料中的快速存储,因此螺旋形碳纤维具有较高的大电流循环性能。     

锂离子充放电平衡系统PI算法的应用研究

针对传统的锂离子充放电平衡系统存在效果不理想的问题,提出PI算法对锂离子充放电平衡系统进行改进。以STC12C5A60S2为主控核心,由系统供电电路、BUCK电路、控制电路、显示电路、保护电路、充电方式选择电路组成。利用PI算法控制充电过程中电流动态平衡,对软件进行设计,实现对锂离子充放电控制基本功能。实验对比分析可知,改进的系统可靠性好,实用性强,可作为各种小型电子设备的充放电装置。     

煤基炭材料用作锂离子电池负极

以煤为前驱体，经700－1000℃炭化制得煤基炭材料，用X射线衍射和恒电流法研究了炭材料微晶结构的变化以及放电性能。研究发现，随着热处理温度的增加，煤基炭材料的微晶结构逐渐变得规整，首次放电容量下降。