电化学阻抗技术在高容量锂离子电池中的研究进展

The world’s energy system is changing dramatically. Li-ion battery, as a powerful and highly effective energy storage technique, is crucial to the new energy revolution for its continuously expanding application in electric vehicles and grids. Over the entire lifetime of these power batteries, it is essential to monitor their state of health not only for the predicted mileage and safety management of the running electric vehicles, but also for an “end-of-life” evaluation for their repurpose. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) has been widely used to diagnose the health state of batteries quickly and nondestructively. In this review, we have outlined the working principles of several electrochemical impedance techniques and further evaluated their application prospects to achieve the goal of nondestructive testing of battery health. EIS can scientifically and reasonably perform real-time monitoring and evaluation of electric vehicle power batteries in the future and play an important role in vehicle safety and battery gradient utilization.     

一种应用于电动汽车的复合电池能源模块

就目前现有的电动汽车电池能源模块无法满足车辆实际性能需求的问题,提出了一种全新的电动车用电池能源模块,该模块是由锂离子电池与锌空气燃料电池进行配合组成的.首先分析了全球各个汽车企业就目前车用能源日趋紧张问题所提出的不同解决方案,指出了电动汽车发展前景乐观;其次,分析了应用于纯电动汽车的电池能源模块存在的瓶颈,提出了一个全新的电动车用电池能源模块的构想;然后,对该动力电池能源模块的优势进行分析,指出了该模块未来应用于电动汽车上的可行性;最后,就下一步开发该模块所要做的具体工作进行了介绍.     

基于多新息扩展卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估计研究

锂电池具有高能量密度、循环寿命长等优点而被广泛应用于电动汽车动力装置,但车辆运行状况复杂多变,且电池内部呈现高度非线性的性质,导致电池荷电状态(SOC)难以准确计算。为优化锂电池SOC估计精度,构建结合Warburg元件的分数阶二阶RC模型,采用自适应遗传算法进行参数辨识;融合多新息理论和扩展卡尔曼滤波算法,提出基于多新息扩展卡尔曼滤波(MIEKF)的锂离子电池SOC估计算法,并利用试验数据验证该方法的有效性,为提高SOC估计精度和车载锂电池的循环使用寿命提供了新的方法途径和实践支撑。     

电池充电状态和电压/温度异常联合故障诊断

电池安全问题是阻碍新能源汽车退役电池梯次再利用的关键因素,而电荷状态、电压和温度是判断电池安全状态的重要参数。基于此,提出基于实车数据的电池联合故障诊断。首先从实车数据平台获取数据,经过数据的预处理和螳螂算法优化K近邻(dung beetle optimizes K-nearest neighbor, DBO-KNN)算法进行特征提取,然后将提取的特征输入到建立的差分整合移动平均自回归(autoregressive integrated moving average model, ARIMA)故障诊断模型中,实现对电池单体的低压和过压的实时诊断和精准定位,最后通过电压、电池荷电状态(state of charge, SOC)和温度进行联合判断是否有触发热失控的风险,根据危险程度发出不同的报警等级。算例分析了故障特征提取准确率高达98.97%,不仅能精准定位单体发生异常的位置,还能提前9 s发生报警,有效预防了电池发生热失控的风险,验证了本文方法的有效性。实现了工程实际应用方面的较好效果,为未来动力电池梯次循环利用以及安全预警平台的研发奠定了基础。     

锂离子电池热失控研究综述与文献计量分析

近年来,随着电动汽车行业的大力发展,锂离子电池作为电动交通工具储存和转化电能的重要载体大量涌入市场,但在使用过程中存在过充放电、局部过热以及外部挤压碰撞等滥用情况,可能会导致其性能下降,甚至引发热失控等安全问题。为此,对当前中外锂离子电池热失控的研究进展进行了综述总结,并通过VOSviewer可视化软件对发文量、期刊分布和关键词等进行分析。结果表明:当前锂离子电池的热失控是限制其发展的关键因素,目前主要从电池正极材料改性、电解液中添加阻燃剂、电池热管理设计三方面来提升锂离子电池的安全性。     

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。     

电动汽车续驶里程及其影响因素的研究

研究了电动汽车续驶里程的计算方法,根据电池释放的能量与电动汽车消耗的能量相等的方法计算,使用BJD6100－EV电动公交车的有关参数,计算在不同速度下均速行驶时的续驶里程及阻力功率,建立电池均匀性对电池输出功率的影响模型,分析整车参数,环境温度对电动汽车的续驶里程的影响,绘制相应的曲线,结合对BJD6100－EV电动公交车的道路试验,验证了续驶里程的计算方法及续驶里程的影响因素,并提出了增加续驶里程的措施。     

基于电池循环寿命的纯电动汽车续驶里程估算

为了提高纯电动汽车的续驶里程估算精度,降低因电动汽车续驶里程估计不准确而出现的"里程焦虑",提出一种基于电池循环寿命的纯电动汽车续驶里程估算方法。首先,以纯电动汽车的整体性能分析为基础,将汽车续驶里程估算中电池循环使用时长问题,通过卡尔曼滤波算法转化为代价函数逼近最小值问题,确定电池循环使用寿命。其次,通过计算电池组剩余能量和已行驶里程,计算出纯电动汽车单位里程能耗;最后,计算出纯电动汽车循环工况续驶里程。实验结果表明,采用该方法对纯电动汽车续驶里程进行估算准确性较高,估算误差最低为2. 5%,提高了对纯电动汽车续驶里程的估算精度。     

基于电化学模型的锂离子电池健康状态估算

针对电动汽车锂离子电池健康状态在线估算问题,提出了一种基于伪二维模型参数的估算方法. 该方法通过拆解同类估算目标电池,以扫描电镜测量电池结构参数,利用遗传算法辨识其他未知电化学模型参数,建立一种新的基于化学计量比的电池正极容量计算法则,估算电池健康状态. 同时考虑老化对电池正极化学计量比的影响,进一步提高健康状态估算精度. 采用电池老化数据集验证该方法的有效性,结果表明所提出的估算方法能在短时动态工况下实现电池健康状态的准确在线估算.      

基于粒子群算法估计实际工况下锂电池SOH

提出一种基于粒子群算法和锂电池经验容量模型的对电池实际工况下的健康状态进行估计的新方法.建立了电动汽车实际运行工况下充电曲线特征与电池健康度的线性模型.辅以电池经验容量模型,使之符合监督学习的实际情况并能够用计算机对参数进行拟合.以美国航天航空局电池老化数据建立训练集与验证集,对模型进行训练,并对训练好的模型进行实验验证.实验表明SOH估计误差都在7%以下,在实际工况中能够快速对电动汽车锂电池的健康度进行准确估计.      

电动低地板城市大客车研制中的关键技术

讨论电动低地板城市大客车研制过程中的关键技术,对电源及电力驱动系统匹配、总体布置及性能分析、结构优化及轻量化设计、电池管理及高压安全技术等方面所遇到的问题及解决办法进行了全面的论述.这些关键技术在低地板车的应用已在整车的型式论证试验和试运营过程中得到了验证,有助于电动汽车技术的普及和实用化.     

Progress in research on the performance and service life of batteries membrane of new energy automotive

Batteries membrane materials are widely used in new energy automotives such as hybrid vehicles,fuel cell vehicles,and pure electric vehicles.Membrane consists of two categories:fuel cell membrane(power unit) and power battery membrane(charge and discharge device).With rapid development of the processes and technology of cell membrane materials,there is urgent need to study their properties and service life.The article summarizes the recent research progress in proton exchange membrane materials,lithium battery separator materials,and nickel-hydrogen battery separator materials.Based on our laboratory research,the paper features the affecting factors and mitigation strategy of performance and service life for automotive battery membrane materials.Future direction for the batteries membrane material of new energy automotive is discussed.     

自适应卡尔曼滤波法磷酸铁锂动力电池剩余容量估计

卡尔曼滤波法在估计动力电池的剩余容量(SOC)时,由于系统噪声的不确定,可能导致算法不收敛,而且算法的估计性能受模型精度的影响,笔者采用自适应卡尔曼滤波法来动态地估计电动汽车用磷酸铁锂动力电池的SOC。首先对电池模型进行了研究,建立了适用于SOC估计的电池模型,然后设计了相应的电池充放电实验检测到模型的参数,并进行了验证,最后将自适应卡尔曼滤波法应用到该模型,在未知干扰噪声环境下,在线估计电池的SOC。仿真结果表明：自适应卡尔曼滤波法能够实时修正微小的模型误差带来的SOC估计误差,估计精度高于卡尔曼滤波法,且自适应卡尔曼滤波法对初值误差具有修正作用。实车循环行驶实验表明算法适用于磷酸铁锂动力电池的SOC估计。     

尖晶石锰酸锂动力电池性能及应用

100Ah动力电池采用尖晶石锰酸锂作为正极材料,400Ah电池组应用于纯电动车,实验表明电池具有良好的电化学性能和安全性能。     

北汽新能源C30平台电动汽车的关键技术及示范应用

 北汽新能源C30纯电动汽车平台采用全新整车下车体平台结构,以动力电池布置为核心,集成整车安全性与可靠性,保证了优异的整车操稳性。通过高压集成系统开发与搭载,实现高压部件集成设计,简化机舱布置。基于系统效率进行整车性能匹配开发与优化,并进行轻量化设计开发,实现EV200比EV150减重80 kg。基于ISO26262和AUTOSAR4.0标准完成集成控制器自主研发,以整车控制策略的协同化、精细化及智能化为导向完善整车控制策略。依托整车需求,进行高能量密度电池系统和高效永磁同步电机及集成控制器系统的开发。自投放市场以来,C30平台已累计销售超过6748辆,覆盖私人、租赁、出租及物流用车多个领域。     

电动汽车锂离子电池管理系统的关键技术

 锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、寿命长、环保等特点,已经在电动汽车中获得应用。但电动汽车锂离子电池组的容量大、串并联节数多、安全工作区域有限,需要电池管理系统对其进行有效控制与管理,以充分保证电池的安全性、耐久性和动力性。电池管理系统由各种传感器、执行器、控制器等构成,其关键技术包括:传感器的精度及传感器之间的同步技术、电池单体及电池组的状态(荷电状态、健康状态、功能状态、能量状态、安全状态等)估计技术、电池组一致性辨识与均衡技术、安全充电和故障诊断技术。为了研发先进的电池管理系统,首先要对锂离子电池性能进行测试研究,确定影响其性能的主要因素及变化规律;然后采用基于机理、半经验或经验的建模方法建立电池系统模型,设计基于模型的电池系统状态估计及性能优化管理算法,并进行系统集成和应用开发,以保证在电池安全可靠运行的前提下发挥出最佳的动力性能。     

电动汽车锂电池组的新型双向均衡法

由于电池制造工艺的制约导致生产出的电池间存在一定的离散性,多次充放电后不一致性更加严重,因此有必要对电动汽车电池组进行均衡.在分析了锂电池间不一致性的基础上建立了双向均衡结构,采用粒子滤波PF(Particle Filter)法估算电池初始剩余电量SOC(State Of Charge),提出了先让高SOC电池放电和先给低SOC电池充电的均衡法.该方法相比传统基于充电电压的均衡法能更精确的反映电池能量状态.实验结果表明,对于要求低能耗的系统采用先让高SOC电池放电均衡至±2%平均SOC界限范围;对于要求均衡结果一致性较高的系统采用先给低SOC电池充电均衡至±1%平均SOC界限范围.该均衡方法有效改善了电池组间的不一致性,对于提高电动汽车锂离子电池的使用寿命和续航里程具有实际意义.     

基于权重的居住区配电网下动态功率分配策略

大规模电动汽车的随机接入将导致小区配电网超出安全限制容量。如何利用可用的电力资源为电动汽车进行功率公平分配,降低电网运行风险是一个重要问题。为此提出了一种基于权重的居住区配电网下的电动汽车动态功率分配策略。基于电动汽车各项申报信息和小区电网状态,将电动汽车的已充电时长、停留时长及荷电状态作为评价指标,利用熵权法确定电动汽车充电权重;并结合加权最大最小公平分配算法,根据充电权重对小区随时变化的可用负荷进行公平分配。通过蒙特卡洛模拟的MATLAB仿真验证策略的有效性。仿真结果表明策略能依据小区实时负荷曲线,最大化利用可用电能去动态适应快速变化的充电需求,有效提升了电网和用户满意度。     

尖晶石锰酸锂动力电池性能及应用

100Ah动力电池采用尖晶石锰酸锂作为正极材料,400Ah电池组应用于纯电动车,实验表明电池具有良好的电化学性能和安全性能。     

基于SOC的电动汽车参与电网调频控制策略研究

大量电动汽车无序接入电网会给电力系统安全稳定运行带来危害。利用汽车入网技术,电动汽车接入电网参与系统调频,但用户出行需求、电池损耗会受到影响。基于此,首先分析了电动汽车动力电池特性,建立了电动汽车参与系统调频模型,通过分析电动汽车动力电池荷电状态概率密度分布,提出考虑电池荷电状态的电动汽车参与系统调频控制策略。最后,模拟了以平抑电网频率波动为目标的电动汽车充放电场景,根据电池荷电状态,基于所提控制策略通Matlab/Simulink仿真,验证了电动汽车参与系统调频实际效果。