锂离子电池快速充电方法研究

介绍了锂离子电池的工作原理和快速充电基本原理,对锂离子电池的传统充电方法——五阶恒流充电方法和快速充电方法——五阶恒流快速充电方法进行了分析.按照连续正交技术确定了五阶恒流充电的最优充电模式,在此基础上确定了五阶恒流快速充电的充电模式,并对两种充电方法进行了仿真,结果表明两种充电方法都能够完成对锂离子电池的充电,加入放电脉冲可以增大充电电流的大小,增长大电流持续时间,从而实现了快速充电.     

商业化锂离子电池的阻抗谱研究

交流阻抗谱技术在电化学能源领域获得广泛应用，包括研究电极过程动力学，腐蚀特征，电沉积现象。详细研究了不同荷电态时商业化锂离子电池的阻抗谱。分析了等效电路参数与荷电态的关系。     

基于电流激励的储能电池电化学阻抗谱快速检测方法

电化学阻抗谱（EIS）被广泛用于储能电池性能参量的检测与健康状态评估中。目前EIS检测需要依赖电化学工作站,通过分析扫频激励信号及其响应信号的幅值相位关系获得,检测时间成本较高,且测试回路的阻抗特性限制了其现场的应用。该文提出了一种以多频叠加电流信号作为激励,通过测量电池响应电压信号重构EIS的快速检测方法,设计了一种适用于储能电池的快速EIS检测系统。采用该系统和电化学工作站分别对锂离子电池的EIS进行检测并对比,结果表明该文研究的测试系统不但测试误差小且具有良好的重复性,大幅提高了检测效率。获得0.02 Hz～1 kHz频率内电池EIS的检测时间仅为120 s,相较于电化学工作站测量时间缩短90%。相比于电压激励方法,该文提出的测试系统具有较大的输入阻抗,有利于实现电池EIS的原位检测,加之硬件结构简单、检测效率高等优点,具有较好的现场应用前景。     

梯次利用锂离子电池电化学阻抗模型及特性参数分析

基于电化学阻抗谱测试结果,建立了梯次利用锂离子电池电化学阻抗模型,实验验证了模型精度,误差在2%以内。研究了阻抗模型特性参数随电池荷电状态(SOC)和老化状况的变化特性,测试结果表明,电池的直流内阻随着SOC的变化基本保持不变,在两端SOC区间,即(0,0.3)和(0.8,1.0),电化学极化阻抗和浓差极化阻抗均显著增大。电化学极化阻抗和浓差极化阻抗随着电池循环次数的增加明显增大,而欧姆内阻变化较小,表明车用锂离子电池多次循环后的性能变差主要是由于电化学极化阻抗与浓差极化阻抗的增大引起的,为梯次利用锂离子电池在储能系统中的应用奠定了理论基础。     

锂离子电池热稳定性的快速评测方法研究

基于加速绝热量热仪(ARC)的工作模式及测试原理,开发了以恒功率加热模式对锂离子电池热稳定性测评的方法。对两种电池样本在ARC常规模式和恒功率模式下进行对比测试,发现恒功率模式可得到与ARC常规模式同等的测评效果。与ARC常规模式相比,恒功率模式不会发生电池被过度加热而导致自放热起始温度偏高的现象,而且测试时间大大缩短,可有效缩短电池热稳定性的测评周期。     

电化学阻抗技术在锂离子电池研究中的应用

电化学阻抗技术是一种应用广泛的电化学分析技术,其在锂离子电池及材料研究中占据越来越重要的地位.综述了交流阻抗技术在锂离子电池及材料研究中的应用进展,包括正、负极材料电化学储锂性能及储锂机理、电解质导电性能及其机理、电解质与电极材料间的界面反应、锂离子的界面传导、电池材料失活机理、全电池性能衰减原因及预测等,并展望了交流...     

基于电化学阻抗谱的锂离子电池过放电诱发内短路的检测方法

锂离子电池内短路(ISC)是电池发生热失控的主要原因,电池内短路尤其是过放电导致的内短路初期产热不明显,电压变化小,很难通过常规的观察电、热特征的方法对其进行检测。随着电池内短路的演化,电池内部结构逐渐发生改变,这些电池内部的变化可以在对电池具有良好表征性的电化学阻抗谱中得到体现。该文分别对不同荷电状态(SOC)、不同温度和不同内短路程度的电池进行电化学阻抗谱的测量和研究,筛选检测电池内短路所需的特征参数。结果表明,电池电化学阻抗谱的欧姆电阻R_o基本不受电池温度(25～45℃)、SOC的影响,但是对电池内短路程度较为敏感。为便于检测,该文选择电化学阻抗谱中参数特性和大小都基本和欧姆电阻一致的1 000 Hz频率阻抗的实部作为特征参数,通过监测电池循环过程中特征参数变化趋势来判断电池是否发生内短路。经实验验证,监测1 000 Hz频率阻抗实部值变化的方法可有效检测出电池过放电诱发的内短路,该方法不影响电池的正常循环使用,限制条件少且准确性高。     

锂离子电池固态扩散阻抗的Voigt建模与参数辨识

固态扩散阻抗表征锂离子电池电极性能,为测试和改进电极材料提供了便利。将可兼顾分析电极参数影响和模拟过电压且具有物理意义的Voigt模型从表示正极平面、球形颗粒阻抗推广至圆柱形颗粒阻抗模型用于石墨等负极材料,将颗粒粒径等电极参数与模型参数相关联,建立模型过电压表达式,分析电极参数对电压的影响,并引入具有全局搜索方式的花朵授粉算法将表达式拟合电压测量值,得到模型参数的最优解。进一步地将该模型用于商用磷酸铁锂电池的测试分析,预测电极在各类工况下的固态扩散过电压,为锂离子电池电极材料的开发和性能提升提供技术支撑。     

用于备用电源的三元锂离子电池交流阻抗分析

以三元锂离子为研究对象,通过模拟备用电源工况,测试得到电池交流阻抗谱,通过建立等效电路,研究欧姆阻抗Rs、电荷传递阻抗Rp和扩散阻抗CPEw随不同搁置时间、环境温度、荷电状态(state of charge,SOC)的变化规律.结果表明:在经过五个周期共140 d的搁置,常温搁置电池容量保持率为96.3％,高温45℃搁...     

基于电化学阻抗谱的锂离子电池内部温度监测方法综述

温度是锂离子电池状态监测的关键监测量,在电池的寿命预测、热失控预警和热管理决策等方面有着十分重要的作用。为此,从锂离子电池的内部温度监测(internal temperature monitoring, ITM)方法、温敏电参数和基于电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)的在线ITM方法3个方面对相关研究进行整理和分析。首先,介绍3种锂离子电池ITM方法,即温度传感器、电池热模型和EIS;然后,总结现有EIS温敏电参数的5种基本特性,并从7个维度对基于EIS的在线ITM方法进行分析。最后,综合现有研究,指出基于EIS的在线ITM方法面临的挑战和未来发展趋势。     

锂离子电池在不同倍率循环的阻抗特性研究

研究了高镍-石墨体系锂离子电池在25℃,4种循环倍率(0.5 C,1 C,2 C,阶梯充)下的循环性能及直流内阻,并采用EIS对电池不同健康状态进行研究,辨识电池循环过程中的阻抗变化规律.研究表明,电池在0.5 C循环时寿命衰减最快,阶梯充电的寿命和内阻性能最好.EIS分析表明,电池前600次循环,电荷转移阻抗减小,然后随着循环的进行,电池电荷转移阻抗及总阻抗都持续增大.     

基于单频阻抗的锂离子电池热失控分级预警

潜在的热失控风险,特别是过充电,可能会引发锂离子电池的安全事故。以电化学阻抗谱(EIS)为基础,采用单频阻抗X_1Hz和X_400Hz实现电池内部阻抗的实时检测。在不同充电倍率、环境温度和健康状态下进行验证,特征阻抗表现出很好的稳定性。基于X_1Hz和X_400Hz的单频阻抗,提出一种热失控安全分级预警方法,并验证该方法的可靠性。该方法的最后一级预警可在热失控前5 min以上发出安全预警。     

锂离子电池循环寿命快速衰减的原因

通过单体电池循环寿命实验,研究了电池组中最差单体电池循环寿命的快速衰减原因,发现充电终止电压差异、放电截止电压差异、温度差异及充电倍率差异是主要因素,加速循环寿命衰减分别可达到200%、120%、115%及140%以上.改善这些因素可延长锂离子电池组的循环寿命1倍以上.     

基于时频分析的锂离子电池阻抗计算方法

将小波理论应用到电池阻抗的计算中,利用50 s的放电电流,计算出电池在0.031 6~794.328 2 Hz频率的阻抗,同时研究放电电流对结果的影响。在较小的放电电流下,计算得到的电池阻抗低频部分有很好的精度,而高频会受到信噪比的影响;增大放电电流会提升信噪比,可提高中高频阻抗部分的精度,但是由于电池内部的非线性,会导致低频部分阻抗有偏差。以中高频阻抗为研究对象,发现电池处于相同荷电态(SOC)和温度下,中高频段阻抗基本不受输出电流大小的影响。通过对电池进行700次的循环实验,发现电池中高频部分的阻抗与电池健康状态(SOH)有一定的对应关系。     

锂离子嵌脱的交流阻抗模型

介绍了文献中提出过的6种描述锂离子在正负极脱嵌过程的交流阻抗等效电路模型、恒相元件模型、修正的Randels模型、吸附模型、Voigt模型、修正后的FMG模型、修正的Voigt FMG模型。分析比较了这6种模型所表示电极过程的物理化学意义,认为修正的Voigt FMG模型能较清楚的描述锂离子在锂离子电池正负极中的脱嵌过程。     

基于特征频率阻抗的锂离子电池健康状态评估

随着锂电池的广泛使用,快速准确的估计锂电池健康状态对于电池安全管理十分重要。为准确估计锂电池健康状态,为电池管理系统提供策略,该文在电池正常工作温度范围内对不同荷电状态、不同健康状态的锂电池进行电化学阻抗谱测试,并对锂电池电化学阻抗谱的弛豫时间分布进行分析,筛选出可有效表征锂电池健康状态的特征频率,建立包含温度影响的锂电池健康状态估计模型,提出基于电化学阻抗谱的锂电池健康状态估计方法。实验结果表明,处于低频区的极化过程S1与S2不受锂电池荷电状态的影响。在不同温度下,极化过程S1与S2受电池健康状态的影响较为显著,可以有效表征电池健康状态。该文建立的电池健康状态估计模型可以将健康状态估计误差控制在2.5%以内。弛豫时间分布方法可以实现锂电池特征频率的筛选,且电化学阻抗谱可用于电池健康状态估计,提升电池安全水平。     

基于压降补偿的锂离子电池恒流充电方法

研究了锂离子电池充放电过程中内阻变化特性,发现电池欧姆内阻基本不变,极化内阻在充电后期小幅增长。应用两阶段逐次逼近法估计电池满充时刻总内阻大小,提出了一种基于内阻压降补偿机制的恒流充电控制方法。与传统恒流恒压充电方式相比,该充电方法在确保充电容量的前提下极大加快了充电速度,具有较大应用价值。     

电动汽车锂离子电池SOC检测技术的研究

安全、高效的电池是电动汽车的动力源。锂离子电池的荷电状态(SOC)是电动汽车能量管理的重要依据,对电动汽车的安全运行有着直接的影响。以磷酸铁锂电池为研究对象,充分考虑电池温度、充放电次数、电池老化等因素的影响,利用BP神经网络构建出锂离子电池SOC预测模型,并经仿真证明了这种方法的精确度和可靠性。     

部分锂离子电池的机械性能研究

锂离子电池应用广泛,需要大量运输。而在各种运输方式中,都可能存在连续的振动或冲击。本文按照锂离子电池标准UN38.3和IEC61959-2004的要求,模拟运输过程中振动或冲击的环境,对部分锂离子电池的机械性能进行测试,发现部分锂离子电池在试验后无法正常使用。通过进一步探究,表明这主要是由电池的制作工艺不良或内部保护装置动作造成的。     

快速充电高功率型锂离子电池的研制

研制了快速充电高功率型锂离子电池,对电极材料、电解液体系、电极体系的设计等进行了研究,测试了电池的快速充电、高倍率放电、快速充电高倍率放电循环和安全性能.电池的4.00C和6.00 C充电容量分别为1.00C时的93.6％和92.1％;4.00 C、10.00 C、15.00 C和20.00 C放电容量均为1.00C时...