电池管理系统充放电仿真测试系统设计

动力电池组的安全性、稳定性、使用寿命在极大限度上受到电池管理系统的影响,为保证电池管理系统充放电控制策略测试的准确性和稳定性,文中建立了一套基于ds PACE/CANoe的电池管理系统充放电仿真测试系统。利用试验方法采集车载电池组性能参数作为测试数据,并通过CANoe向电池管理系统主控板发送模拟测试信号,对单体电池管理器、高压绝缘检测模块以及充电机进行模拟。利用ds PACE模拟电池充放电开关控制信号,实现基于ds PACE/CANoe构造的电池管理系统充放电协同仿真环境,并通过监测电池管理系统主控板输出继电器的通断状态,完成电池管理系统主控板内部充放电逻辑的验证。实验测试结果表明,该系统的测试准确率为97.2%,误检率为1.6%,漏检率为1.2%,满足电池管理系统测试对于准确性和稳定性的要求,同时具有很强的拓展性,可以满足各种类型的电池管理系统性能的测试。     

锂离子电池界面电容充放电深度的计算与分析

采用理论计算并结合实验验证的方法讨论脉冲电流法提取锂离子电池(LIB)电路模型参数中静置时间的影响.首先,给出双脉冲激励下LIB二阶电路模型全响应解析解,并计算界面电容瞬态电压随时间演化规律;然后,定义界面电容充放电深度,给出计算公式,分析静置时间长短对界面电容充放电深度影响.最后,采用Solartron1470E-1455电化学工作站对15AH-NCM LIB进行充放电测试和电化学阻抗谱测试,实验结果验证了数值计算的正确性.     

动力锂离子电池电路建模与仿真

以锂离子电池为研究对象,分析了多种电池等效电路模型的优缺点,最终选取分数阶等效电路模型进行研究,但由于模型中涉及分数阶电路,不便于计算处理,从而提出对其进行降阶处理的方法,采用改进分数阶的电路模型来确定动力锂离子电池的传递函数,并且求解出这个分数阶电路模型的阶跃电流响应解析解.最后,对由R1∥CPE1,R2∥CPE2和Zw∞分数阶电路构成的电路模型进行降阶处理.时域仿真表明,在0. 1～10. 0s时间范围内,降阶模型近似解和分数阶模型的解析解非常逼近,电路一阶降阶模型相对误差低于10. 0%,而其中的二阶降阶模型相对误差更是低于2. 0%.给出的分数阶电路降阶模型不仅可以降低运算的复杂性,同时在精度上能满足工程应用控制的要求.     

锂离子电池系统建模仿真

动力电池测试是动力电池研究的基础,而建立和选择合适准确的电池模型对于电池管理系统开发具有重要意义.为了解决电动汽车仿真时电池模型选取的问题,分别系统的建立了Thevenin模型,Gassing模型以及AVL电池模型,其中,Thevenin模型和AVL电池模型实质上分别为一阶等效电路模型和三阶等效电路模型,而Gassing模型是一种半机理半经验模型.三种模型在非极限工况下,都具有较高的精度,Thevenin模型和AVL电池能够更加准确地描述电池极化环节,AVL电池模型和Gassing模型在剧烈变化工况下误差很小,而Gassing模型能够很好地描述电池在极限工况下的动态特性,且可以反映出温度与内阻的动态变化.     

锂离子电池充放电时电解液性能的分子动力学模拟

探究了锂离子在混合电解液中的微观结构,本文利用分子动力学模拟的方法建立了多元混合电解液溶剂EC-DMC-DEC(ethylene carbonate-dimethyl carbonate-diethyl carbonate)模型,计算分析了零电场以及加电场下电解液混合溶剂的性质.计算结果表明:无电场时,电解液中没有接触离子对(CIP-contact ion pairs)和离子聚集体(AGG-aggregates)的存在;而在6V电压下,任何浓度的电解液均存在CIP,降低了锂盐的溶解度.电场的存在使得电解液溶剂分子的偶极矩与电场方向相一致,溶剂分子排列有序,降低了溶剂的介电常数,促使CIP和AGG的形成以及锂离子配位数的减少.因此,破坏电场下溶剂分子的有序性、增强溶剂的介电性质对于降低电解液中的离子缔合、改善电解液的性能是至关重要的,这对于今后电解液配方的设计选择有着指导意义.     

锂离子动力电池充放电特性的试验研究

为了解锂离子动力电池的工作特性,评价其在电动车辆上的使用性能,对锂离子动力电池进行了性能测试.基于实验结果,给出了锂离子动力电池的工作电压、工作电压下降速率和温升特性曲线.对锂离子动力电池的工作特性进行了分析;对各单体电池间的一致性对电池组性能和寿命的影响进行了分析评价;对电池的使用规范提出了建议.分析表明:锂离子动力电池适合于电动车辆使用,但电池单体间的一致性还待进一步改善和提高.     

酚醛树脂碳化产物作为锂离子电池碳电极材料(II)--锂离子电池充放电性能测试

测试分析了酚醛树脂碳化产物组装的锂离子充放电性能.实验结果表明,树脂碳化产物作为锂离子电池碳电极材料时,其碳化处理温度有一个最佳温度范围,酚醛树脂碳化产物的最佳温度在700℃左右;树脂碳化产物的比表面积是影响电池充放电性能的重要因素,碳化产物的比表面积越大,电池的充放电量就越高,电池充放电量与充放电电流密度成反比.     

酚醛树脂碳化产物作为锂离子电池碳电极材料(Ⅱ)──锂离子电池充放电性能测试

测试分析了酚醛树脂碳化产物组装的锂离子充放电性能．实验结果表明，树脂碳化 产物作为锂离子电池碳电极材料时，其碳化处理温度有一个最佳温度范围，酚醛树脂碳化产物 的最佳温度在７００℃左右；树脂碳化产物的比表面积是影响电池充放电性能的重要因素，碳化 产物的比表面积越大，电池的充放电量就越高，电池充放电量与充放电电流密度成反比．     

酚醛树脂碳化产物作为锂离子电池碳电极材料（Ⅱ）：——锂离子电池充放电性能

测试分析了酚醛树脂碳化产物组装的锂离子充放电性能，实验结果表明，树脂碳化产物作为锂离子电池碳电极材料时，其碳化处理温度有一个最佳温范围，酚醛树脂碳化产物的最佳温度在７００℃左右，树脂碳化产物的比表面积是影响电池充放电性的重要因素，碳化产物的比表面积越大，电池的充放电量就越高，电池充放电量与充放电电流密度成反比。     

基于AFFDRLS-AHIF对动力锂离子电池单体SOC估计

针对动力锂离子电池的SOC估计,提出一种带自适应遗忘因子的阻尼递推最小二乘法(AFFDRLS)联合改进的自适应H∞滤波(AHIF)的方法对动力锂离子电池的荷电状态(SOC)估计.建立了磷酸铁锂动力电池单体的戴维南(Thevenin)等效电路模型,以AFFDRLS在线辨识模型参数,以AHIF实时在线估计电池单体的SOC,实现了电池单体的模型参数和SOC的实时联合估计.在Matlab/Simulink中建立了AFFDRLS-AHIF的仿真模型,以估计磷酸铁锂动力电池单体的SOC.根据某电动乘用车分别在NEDC和UDDS工况下的功率需求进行单体实验,测得动力电池单体的电流、电压,并以此作为输入,采用所建立的仿真模型进行动力电池单体的SOC估计;并且与传统扩展卡尔曼滤波法(EKF)和HIF的SOC估计结果比较,结果表明:AFFDRLS-AHIF的估计精度高且鲁棒性好,可以为车辆使用的动力电池SOC估计提供参考.     

锂离子电池

介绍了锂离子电池工业发展概况,及其在电能利用和电池工业中的地位。综述了锂离子电池在“3C”(portable computer,communication and consumer electronics)市场,电动汽车和航空航天及军事等重要应用领域的市场状况、研究热点及研究方向,并介绍了国外政府资助各大电池公司所进行的锂离子电池研究项目。有助于理解锂离子电池的未来发展方向。     

锂离子电池组并行风冷的数值研究

合理有效的电池组热管理系统是提高电动汽车安全性能与工作寿命的关键。本文采用计算流体动力学(CFD)方法研究了锂离子电池组并行风冷热管理系统的冷却效果。考察了来流空气速度、温度对电池组最高温度(T_(max))和最大温差(ΔT)的影响,并从速度场结果解释了温度场的分布。在对原始模型温度场分析的基础上,本文对该模型进一步进行了几何优化,以提高电池组的空间利用率。结果显示:随着单体间距(S)的增大,T_(max)及ΔT均逐渐增大;改变偏移角θ,电池组T_(max)出现显著降低,且增大楔形风道角度(ω),ΔT不断减小。优化后的模型经证明温度场分布更加合理。     

18650锂离子电池组液冷散热仿真研究

针对动力电池组散热效果不佳的问题,以18650锂电池为研究对象,设计了一种直线形液冷管道的散热结构,利用COMSOL软件对所设计的散热结构进行温度场模拟,分析了冷却液雷诺数、冷却液初始温度、通道数量、冷却液流向对电池组散热性能的影响。可知,冷却液的初始温度与放电结束时电池组温度呈正相关;散热效果不会随着冷却液雷诺数的持续增加而提升,雷诺数增大至350时,最高温度稳定在302.3 K;通道数量和冷却液流向对散热性能有一定影响,Re=50时,三通道的电池组最高温度比一通道下降0.69 K,而温差下降了2.09 K。因此合理的优化冷却流道数量和冷却液流向会使散热更均匀。     

关于锂离子电池Thevenin模型的仿真研究

针对动力电池组运行时,内部的系统参数会随着环境因素和荷电状态(state-of-charge,SOC)发生动态改变,提出一种参数变化的Thevenin等效电路模型;从荷电状态是影响锂电池各参数特性的主要因素出发,将传统Thevenin模型中模拟各模块使用的不变参数用随着SOC变化的动态变量来表示; HPPC获取模型参数,电池仿真端电压基本上跟实际端电压波形吻合,且趋势大致相同;实验结果表明:在正常工作状态下,建立的模型可以有效地反应电池内部的工作特性,有着良好的精度。     

全钒液流电池充放电特性及其影响因素试验

目的探索全钒氧化还原液流电池中电流密度、电解液浓度、电解液流量大小等操作参数对钒电池性能、能量效率的影响.方法将Nafion117膜、石墨毡和带流场的集流板组装成全钒液流电池,采用日本菊水电子工业株式会社制造的液流电池测试平台,测试了全钒液流电池充放电特性、库伦效率、电压效率和能量效率,分析了充放电电流和电解液浓度对全钒液流电池充放电特性、库伦效率、电压效率和能量效率的影响.结果研究发现:增大充放电电流密度和电解液浓度,可以缩短全钒液流电池充放电时间;增大充放电电流密度,可提高电池的库伦效率,而降低电池的电压效率和能量效率;增大电解液浓度,电池的库伦效率、电压效率和能量效率都降低.结论增大电流密度,可以降低电池的自放电和减少电池的副反应的发生,从而减少电池的充放电时间,电池的库伦效率增加;增大电流密度,欧姆极化产生的电压损失增加,电池的能量效率和电压效率降低;增大电解液浓度,单位体积内参加电化学反应的活化分子数增加,在电解液体积一定的情况下,电池的充放电时间缩短,库伦效率、电压效率和能量效率增加;增大电解液流量,电池的传质电压损失减少,浓差极化产生的过电位减少,电池性能越好.研究结果对优化全钒液流电池的操作参数、推动其运用具有重要意义.     

锂离子电池简介

锂离子二次电池于20世纪90年代初由日本SONY公司率先研制成功并实现商品化。所谓锂离子电池是指分别用两个能可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。电池在充电时,Li 从正极中脱出,通过电解液和隔膜,嵌入到负极中。反之,电池放电时,Li 由负极中脱嵌,通过电解液和隔膜,重新嵌入到正极中。由于Li 在正负极中有相对固定的空间和位置,因此电池充放电反应的可逆性很好,从而保证了电池的长循环寿命和工作的安全性。锂离子电池具有以下特点:(1)工作电压高。锂离子电池的电压一般在3·6V,是镍镉、镍氢电池工作电压的3倍。(2)…     

过充电条件下锂离子电池热失控数值模拟

采用数值模拟方法研究了过充电流（1C、2C、3C和4C）对三元锂离子电池热失控行为的影响.基于多物理场耦合方法建立了过充电条件下锂离子电池三维电-热耦合模型,对电池发生热失控的临界时间,临界温度以及热分布进行了模拟计算.模拟结果与试验测量结果符合较好,各个测试点处的温度和热失控临界点的误差小于8%.过充电流对锂离子电池热失控的临界温度、临界时间以及电池内外部温差有较大影响:过充电流越大,电池发生热失控的时间越短,临界温度越高,区域温差越大,内外部温差越大.      

汽车锂离子电池温度优化控制及数值模拟

为解决电池组温度过高和温度分布不均匀的问题,提出一种将电池嵌入冷却板的冷却方法,同时结合正交试验对电池组进行优化设计,并给出环境温度为35℃时电池组在3C放电倍率下的最佳组合方案。结果表明：冷却液选用2流道、电池单体嵌入冷却板距离3 mm、冷却液流速0.05 m/s时,仿真结果的最高温度为27.954℃,温差为2.073℃,与优化前相比,最高温度降低6.565%,温差降低47.479%,改善了电池组的温度不均匀性,冷却效果较明显。     

电动汽车锂离子电池组内散热特性的数值模拟

锂离子电池组涉及数据规模庞大,传统方法无法有效实现对其散热特性的研究,为此,提出一种新的通过数值模拟方式研究电动汽车锂离子电池组内散热特性的方法。介绍了锂离子电池组工作原理,分析了锂离子电池的充放电过程。通过雷诺平均法进行雷诺时均处理,获取电动汽车锂离子电池组内散热控制方程和湍流方程。介绍了初始和边界条件,通过CFD实现控制方程的求解。依次进行了锂离子电池表面散热特性数值模拟、不同风孔大小下电池组散热特性数值模拟、不同倍率充放电后电池组散热特性数值模拟以及不同环境温度下电池散热特性数值模拟。实验结果表明,锂离子电池中心垂直截面和上下壁面的温度分布均为中心最高,壁面较低,壁面温度梯度大,热量散失速度快;在风孔大小和出口大小相近,充放电倍率为1C时,电动汽车锂离子电池组内散热性最佳;环境温度越低,电池温度升高幅度越大,散热性能越好。     

热处理时间对锂离子电池阳极用中间相炭微球充放电性能的影响

利用小角X射线散射 (SAXS)及恒电流方法对不同时间热处理的中间相炭微球 (MCMBs)的微观物理结构及充放电性能进行了研究。结果表明 ,随着热处理时间的延长 ,MCMBs内部的微孔孔径分布先变宽而后变窄 ,最可几孔径先增加尔后逐渐减小。随着热处理时间的延长MCMBs的首次充放电可逆容量和库伦效率逐渐减小 ,而首次不可逆容量逐渐增加 ,MCMBs内部的微孔起到了储存锂离子的作用