钛酸锂电池恒功率及恒流测试特性比较

为了掌握钛酸锂电池在恒功率条件下的特性,促进钛酸锂电池在储能领域的应用和发展,分别以恒功率充放电模式、恒流充放电模式对钛酸锂电池进行了倍率及循环寿命测试,对两种测试方法下电池的容量、能量、内阻等特性进行了比较,并比较了电流-容量(安时)参数评价体系与功率-能量(瓦时)参数评价体系的不同。结果发现,相较于恒流模式,钛酸锂电池在恒功率模式下的放电容量、能量、效率等衰减较快,内阻随放电深度的增加增大较快;相较于电流-容量(安时)参数评价体系,功率-能量(瓦时)参数评价体系能更快、更明显地监测到电池性能的变化。     

基于Modelica的钛酸锂电池建模

钛酸锂电池使用Li_4Ti_5O_(12)(LTO)代替石墨作为阳极材料,拥有优异的倍率特性,有望在电动车辆中得到广泛应用。但当描述钛酸锂电池在大倍率充放电条件下的外特性时,常用的电池模型有较大误差。基于Butler-Volmer方程提出了适用于钛酸锂电池的模型,并用Modelica语言进行建模与仿真,对所提出的电池模型进行了评估,实验结果与模型仿真结果有良好的一致性,最大电压误差低于2%。     

磷酸铁锂电池容量衰退轨迹分析方法

以A123系统公司出品的2 200 m A×h磷酸铁锂电池为研究对象,以3C电流倍率25℃常温条件下满充满放进行了3 500次循环,同时每200个循环测试1C电流倍率条件下的充放电曲线、内阻衰退情况、容量衰退情况、OCV-SOC曲线以及1/20C电流倍率条件下的d Q/d V峰值曲线变化情况。为了验证上述容量衰退机制的分析方法,将3 500循环后的A123磷酸铁锂电池在手套箱中拆解并组装成扣式半电池,正极半电池与负极半电池的测试结果以及拆解前后的容量匹配分析验证了上述容量衰退分析方法的正确性和有效性。     

软包装钛酸锂电池放电过程热行为研究

以软包装钛酸锂电池为研究对象,基于数值传热学,采用有限元技术,模拟计算软包装钛酸锂单体电池表面温度变化情况,并通过实验验证了此模拟计算方法在预测单体电池放电过程中热行为的可行性。在此基础上,分析软包装钛酸锂电池在恒流放电过程中不同放电倍率、不同外界换热条件下热行为的变化规律。该研究结果为软包装钛酸锂电池成组集成热设计提供了参考依据。     

一种新型的锂电池发热量测试方法及发热特性分析

现有的发热量测试方法主要是绝热式量热方法,该方法由于热量无法散出导致电池温度过高,具有一定的安全隐患,同时大倍率放电情况下存在热量追踪不及时造成误差的情况。针对现有发热量测试存在的问题,提出了一种新型基于换热器的发热量测试方法,该方法可以将大倍率放电工况下的电池温度控制在安全范围内,同时实时监测电池的发热量,通过使用高精度测量设备实现锂电池发热测试研究,具有高精确度,良好的跟随性等特性。针对不同种类电池在不同放电电流条件下拟合出相关公式,为电池热管理分析提供可靠热特性参数,提供合理有效的散热方案。该理论及设计方法对于锂电池大倍率放电工况下的产热测试具有出色的效果。本实验研究有利于进一步分析不同放电工况下锂电池的热特性。     

(LiFePO_4+LiMn_2O_4)/Li_4Ti_5O_(12)电池的制备与安全性能

用磷酸铁锂和锰酸锂复合材料作为锂离子电池的正极活性物质,与钛酸锂负极材料匹配制备了钛酸锂电池。制备的电池有较宽的充放电平台,锰酸锂提高了电池的充放电电压,所制备的钛酸锂电池具有良好的循环性能、倍率放电性能和安全性能。     

面向电网全调频过程的高倍率钛酸锂电池容量配置

为解决电网发生极端事故工况下其调频容量需求与调频容量机会成本矛盾大的问题,通过分析电网一、二次调频过程耦合特点,给出储能辅助电网调频的方法,在此基础上,结合钛酸锂电池的充/放电倍率特性以及不同倍率下作用时间的等效折算方法,形成考虑钛酸锂电池倍率特性的调频用容量配置流程。最后,以电网发生紧急(极端)事故(发电机突然跳闸或负荷突然增加)工况为算例进行验证,结果表明,相同扰动工况下,考虑倍率特性后,钛酸锂电池所需配置的容量显著降低。仿真结果验证了所提方法的有效性及具有高倍率特性的钛酸锂电池的优势。     

军用航空应急起动电源设计与实现

目前,国内军用航空应急起动电源多采用镉镍蓄电池组作为储能单元,镉镍电池组存在能量密度较低、成本高、寿命低等缺陷。为了减小航空蓄电池体积、质量,提升航空应急起动电源性能,提出了一种基于钛酸锂电池模组的航空应急起动电源系统设计方案,组装了一套34 Ah的钛酸锂电池模组替换原有的航空镉镍电池组,并且通过实验对比了钛酸锂电池组与镉镍电池组在常温与低温下大倍率放电性能。针对钛酸锂电池模组,研发了一套电池管理系统,实现了15 kW钛酸锂电池组军用航空应急起动电源的样机设计。     

储能应用中的BMS系统设计∗

设计了一款适用于储能应用中的电池管理系统.该系统为３层结构,采用 MC33771作为模拟量采样芯片, 实现了电池的电压、电流、温度等数据的获取,并在此基础上完成了其他需求功能。以储能系统中广泛使用的钛酸锂电池为实际测试对象,测试结果表明所设计的BMS系统能够实现对电池各项信息的准确采样,其中电压测量误差不超过２mV,电流采样误差在0.1％以内,并可有效完成各项设定功能,满足储能应用需求。     

基于HPPC的锂电池欧姆内阻最优测试条件研究

针对锂电池欧姆内阻测试目前存在测试周期过长、测试精度低的问题,提出了基于混合脉冲功率特性法(HPPC)的欧姆内阻最优测试条件。在分析HPPC方法测试原理的基础上,通过改变实验条件研究电流倍率、采样周期对欧姆内阻的影响。实验与模型仿真数据的对比结果表明:在1.5 C充放电倍率、50 ms采样周期实验条件下能够有效提高欧姆内阻测试的准确性,降低测试时间。     

钛酸锂电池常温循环寿命研究

钛酸锂电池的循环寿命是其一项重要性能评价指标。文中以软包钛酸锂电池为研究对象,在常温下开展循环老化试验,通过电压微分分析和容量增量分析等原位分析方法对电池全生命周期内的容量衰减、内阻增加等原因进行分析,提出了一种基于特征参数的剩余容量估计方法。经综合分析认为：钛酸锂电池容量衰退的主要原因是正极材料损失和锂离子损失,而电池在寿命末期容量加速衰退的原因是电池内阻急剧增大。     

面向不同电流工况的锂离子电池改进EECM研究

锂离子电池是新能源汽车动力系统的核心,基于模型的电池管理系统(battery management system,BMS)是保证电池性能充分发挥的关键。然而现有BMS主要采用等效电路模型(equivalent circuit model,ECM),尚未考虑放电倍率对可用容量的影响机制,导致模型在不同放电倍率下以及低荷电状态(state of charge,SOC)区域会存在明显的端电压仿真误差,影响算法精度;尤其是BMS无法准确估计电池放电截止条件,剩余放电电量(remaining discharge capacity,RDC)估计误差大,可能导致电池电压骤降甚至整车抛锚等严重后果。针对以上问题,文中以考虑内部扩散机制的扩展等效电路模型(extended equivalent circuit model,EECM)为基础,对不同倍率的放电电压容量增量(incremental capacity,IC)曲线进行对比分析,利用能斯特方程构造不同放电倍率下的容量-开路电压曲线,提出改进的EECM。所提改进EECM在不同电流倍率和动态工况下的端电压仿真误差均小于传统ECM和EECM,可以提高RDC估计的准确性,有应用于实际BMS的潜力。     

VRLA电池小电流放电终止电压的确定

对接入网电池在小电流使用状态下终止电压的确定作了简单地介绍。文章指出 ,(1)在电池设计时 ,电池活性物质的量一般根据电池的 10小时率而设计 ,而在使用时所参加反应的活性物质必须少于设计的量 ,才能确保其使用寿命。 (2 )在同一放电终止电压 ,较大电流放电时 ,电池的极化较大 ,电池所能放出的容量就少 ,所参加反应的活性物质就少 ,而较小电流放电时 ,电池的极化小 ,电池所能放出的容量就多 ,所参加反应的活性物质就多。因此 ,小电流放电时 ,电池终止电压应高于较大电流放电时的终止电压为宜 ,电池放出容量宜与设计容量相一致 ,为避免电池过放电 ,以确保电池的使用寿命     

便携式锂电池组单体电压在线主动均衡系统

针对锂电池组充放电过程中的单体均衡问题,基于实时单体参量高精度检测与快速反馈调节原理,设计并实现了一种便携式锂电池组单体电压在线主动均衡系统。该系统在蓄电池组使用过程中的实时采集电压、电流、温度等电池参量,通过蓄电池组总电压给单体充电的方式,实现了蓄电池组各个单体过充、欠充、过放、过温条件下单体问的均衡,系统整体尺寸为160＊60＊105mm,配备于蓄电池组进行在线均衡调节。实验结果表明,该系统能够实现9只单体的实时主动均衡,尖峰电流均衡响应时间在300s左右实现各个单体之间的电压不平衡度低于5％,达到蓄电池组现场应用中实时主动均衡进而保证安全供能的目标。     

基于PSO-LSSVM的锂离子电池荷电状态预测方法

锂离子电池荷电状态(State of Charge,SOC)直接影响着锂离子电池使用性能和效率。为了实现准确的SOC在线预测,提出一种粒子群优化最小二乘支持向量机软测量方法。该方法使用最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)建立非线性系统模型,以锂离子电池工作电压、电流为输入量,电池SOC为输出量。建立软测量模型时,LSSVM正则化参数λ和径向基核宽度μ直接影响着模型的准确度,采用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对这两个关键参数进行优化。用型号为BTS6050C4的NBT电池测试系统进行样本数据采集,通过MATLAB仿真软件进行模型训练并校正。实验和仿真结果表明采用PSO-LSSVM优化算法精确度高、易实现,且在正常和过充工作环境下均可有效预测锂离子电池SOC。     

基于虚拟仪表的锂电池组电量显示系统设计

根据电动汽车锂电池管理系统(BMS)项目中所使用的电池类型和数量,以及虚拟仪表的应用环境,设计BMS的数据采样电路,包括单体电压、电池包电压和温度,然后在PC端开发出虚拟仪表静态界面,用JS脚本描述界面行为动作,实现动态效果.测试结果显示,虚拟仪表美观、醒目,能够实时、动态显示电池组的电压、电流和温度等各种状态,可为驾驶员选择合适的驾驶策略提供参考.     

基于LabVIEW的动力电池SOC实时估算系统研发

在电动汽车能量管理控制策略和电池管理系统研究中,电池荷电状态(State of charge,SOC)的准确估算一直是重点和难点。基于磷酸铁锂动力电池的工作原理和充放电特性试验,利用MATLAB软件拟合获得不同放电电流下的库仑效率和开路电压与SOC的关系。并采用虚拟仪器LabVIEW与相关硬件,实时采集动力电池相关数据,将SOC估算的安时法与开路电压法相结合,实现了对动力电池SOC的实时估算与高精度显示,提高了电池SOC研发系统的实用性与准确性。     

阶梯式快速混合储能系统设计及控制策略研究

针对微风、弱光条件下,风能、太阳能发电系统中储能设备效率低的问题,提出超级电容器阶梯式快速储能模型,并以超级电容器和锂电池为基本储能元件设计了阶梯式快速混合储能系统。基于超级电容器快速充放电的特点,将多个超级电容器串联,设计了一种阶梯式快速储能设备。利用锂电池能量密度大的特点,将阶梯式快速储能设备与锂电池结合,设计实现了一种阶梯式快速混合储能系统。该系统可实现充电、控制、保护和显示等功能。经过试验验证,该系统可解决风力、光伏发电机在微风、弱光状态下,电池低电压运行的储能问题,有效提高了微能的利用率。     

新型铝硫电池的等效电路模型及参数辨识

铝硫电池作为一种低成本,安全高效的新电池技术,成为电池储能的发展方向之一。与传统锂离子、铝离子、钠离子电池的充放电原理不同,铝硫电池的充放电过程是一个多步连续的氧化还原反应,因此铝硫电池的充放电曲线与工作特性都较为特殊。针对新型铝硫电池的进一步应用还存在着没有电池模型的问题,以及铝硫电池与传统阳离子电池不同的工作原理与特点,文中提出了一种基于二阶RC等效电路模型的铝硫电池等效电路模型,并使用HPPC测试数据,实现了模型参数的离线辨识。通过仿真平台的模拟测试,证明该模型在低电流及中等电流条件下具有良好的准确性,可以满足铝硫电池在下一步电池荷电状态估计中对模型精确度的要求,实用性很高。