Application of lithium ion phosphate battery in 110 kV substation DC power system

本项目选用了两种不同的电池管理模式对磷酸铁锂电池组进行管理,并将组装好的两套电池组应用于110 kV变电站直流系统的日常运行.运行结果表明,磷酸铁锂电池可以在变电站替代铅酸蓄电池使用,并且可以浮充运行;运行过程中,单体电池的电压会由于电池充电态的变化下降或上升;单体电池的内阻呈现先下降再上升的变化;电池组的放电容量随着运行时间的延长出现每年3%左右的衰减(浮充电压为3.6 V);合适的电池管理模式能将电池组内单体电池的电压差保持在较小的范围,有利于电池组长寿命的运行.     

考虑倍率特性的调频用储能电池优化配置

提出一种考虑储能电池倍率特性的容量配置方法,以各类储能电池充/放电时间与倍率的关系为约束,以储能电池容量/功率最小为目标进行优化配置。以某实际电网典型工况为算例,结合不同倍率下作用时间的等效折算方法,对考虑与不考虑倍率特性的磷酸铁锂电池进行容量配置,验证该方法的优势,并从不同电池类型角度对磷酸铁锂、钛酸锂、铅酸电池的容量配置进行对比分析,最后结合3种常用的一次调频控制策略对考虑倍率特性的钛酸锂电池进行容量配置。结果验证了该方法的可行性和有效性。     

N/P比对磷酸铁锂电池性能的影响

为了探究不同N/P对磷酸铁锂电池性能的影响,以磷酸铁锂为正极材料,人造石墨为负极材料,通过叠片工艺制备了4种不同N/P比(1.02、1.06、1.10、1.14)的磷酸铁锂电池,并通过电化学测试表征了不同N/P下电池的首次放电效率、倍率充放电性能、充放电DCR、高低温放电以及45℃循环性能.结果表明:相比于N/P(1.02、1.06),N/P比为1.10、1.14时,其充电DCR在60％、30％SOC时小4 MΩ左右,使其在大倍率充电和低温条件下极化更小;随着N/P的增加,充电恒流比有所提高,且0℃下的放电容量保持率得到改善;当N/P比为1.10时,其45℃循环容量保持率在循环1000圈后仍为91.8％,明显优于其他组(N/P比为1.02、1.06).该实验设计及结果有望为以后的研究者对于磷酸铁锂电池的设计开发提供理论依据.     

石墨负极材料形态对LiFePO4动力电池性能的影响

本文分别以树脂包覆天然石墨（RCNG）、人造石墨（AG）和中间相碳微球（MCMB）为负极材料,制备了三种不同的圆柱形磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池。通过X射线衍射分析仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料的晶体结构与形貌进行表征,并采用多种手段测试了各动力电池的电化学性能。结果显示,磷酸铁锂/中间相碳微球（LFP/MCMB）电池表现出较为优异的电化学低温、倍率和循环性能,其在 −20℃下的1 C容量保持率为61.04%,6 C高倍率容量保持率和温升分别为87.52%和24.8℃,3 C循环1 000次后容量保持率为93.81%。     

重卡辅助动力电池加热系统能耗对比及优化北大核心CSCD

清洁能源的重卡汽车因其零排放、长续航等特性近年来得到了迅速发展,其动力驱动配置多采用燃料电池为主动力电池为辅的形式。低温环境下,重卡辅助动力电池性能衰减不足以承担辅助动力源削峰填谷的重担。因此,加热辅助动力电池使其恢复充电放电性能对重卡汽车应对寒冷环境显得尤为重要。本工作以方形磷酸铁锂电池组为研究对象,通过实验测试单体磷酸铁锂电池−10℃、0℃、10℃、20℃的放电工况,得出电池的低温热特性,建立单体电池的热模型并验证其模型有效性。基于该模型提出了一种以石墨烯加热膜为主要热源,整车车载热源余热为辅助热源的加热升温系统。同时,为了降低该加热系统能耗,基于传热原理建立了电池加热系统线性时变模型预测控制器(MPC)。结果表明,重卡在C-WTVC的行驶工况下,电池加热系统通过换热器利用车载热源余热能够提升动力电池组升温速率,使用加热膜和换热器的加热系统比传统PTC加热系统能耗降低了30%。采用MPC控制策略的加热系统比PID控制的加热系统能耗降低了14%。     

电流特征对锂离子电池性能的影响研究

以镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂和钛酸锂4种锂离子动力电池为研究对象,建立测试实验平台,并设计实验流程,综合电流曲线、放电倍率和环境温度等工况因素,研究运行工况对4种锂离子动力电池可用能量、温升的影响。实验结果表明：温度是影响电池可用能量的主要因素之一,钛酸锂电池可用能量受温度影响最小,磷酸铁锂电池受温度影响最大;放电倍率是影响电池可用能量的另一个关键因素,随着放电倍率的增加,4种电池可用能量均出现不同程度的衰减;阶跃电流或阶跃放电频率对镍钴锰酸锂电池和磷酸铁锂电池的可用能量具有较大影响。     

Low temperature thermal safety performance of soft packaged lithium iron phosphate battery

本文以剩余容量接近80%的软包磷酸铁锂电池为研究对象,研究其在-10 ℃低温充放电循环后的安全性能.对低温和常温循环后的电池进行热失控实验分析,同时解剖电池并测试电池材料的锂元素含量和热稳定性能.测试结果表明,电池低温循环过程中容量急剧衰减,低温循环后电池热失控温度明显降低,低温循环过程中电池负极析出了锂单质,电池材料的热稳定性也发生了变化.另外,还对低温循环后的电池进行了满电状态下的常温搁置实验,实验过程中电池全部产生胀气现象,通过进一步测试分析发现,气体以CO和H₂为主.与新电池对比发现,剩余容量接近80%的软包磷酸铁锂电池低温下充放电循环更容易产生锂枝晶,造成其电化学性能发生严重的不可逆衰退,热失控温度明显提前,因此剩余容量接近80%的磷酸铁锂电池应避免在低温下运行.     

18650三元锂离子电池的放电热特性

通过某18650型NCM锂离子电池在恒温箱温度为40℃、25℃时的0.5 C、1 C、2 C放电倍率实验与0℃、-25℃时0.5 C倍率的放电实验,得到不同温度与放电倍率下电池的电压与温度曲线,并验证电化学-热耦合模型的可靠性,在25℃时模型精确度最高,电压误差为0.07 V,温度误差为0.8℃,-25℃时精确度最低,电压误差为0.6 V,温度误差为1.5℃.借助模型进行25℃时电池的电极产热分析,并模拟25℃温度条件下2 C放电时的温度场分布,放电结束时电池正负极极耳处温度最高,具体数值为34.8℃,与气流正对的电池表面的温度最低,数值为34℃,在气流后侧距电池中心50 mm处的模型边界处受电池产热与气流的影响温度上升4℃.     

NCR18650A电池的充放电温度特性与管理

采用实验测试与数值仿真的方法对NCR18650A三元锂电池组在1 ~ 3 C放电和1.6 C充电过程的温升特性进行测试,同时验证所建立电池产热模型的准确性。结果显示,实验测试结果与电池产热模型仿真结果之间的相对误差在合理范围内,满足工程应用需求。电池组在自然冷却的情况下,仅在1 C放电状态下符合其最佳工作区间42.5 ~ 45.0℃的要求,3 C放电倍率下最高温度为89.4℃。提出并建立基于热电致冷主动热管理模型,将热电致冷组件设置在电池组上方,致冷功率为50 W时可有效控制电池组3 C放电过程的温度,在最佳工作区间实现电池单体温差小于5℃,抑制电池组的热失效并实现良好的均温性。     

超高功率密度锂离子电池放电性能及容量预估研究

研究一种以钛酸锂氧化物（LTO）为负极材料的锂离子电池，对电池在不同倍率下的性能以及温升情况进行研究，并对电池在66C(C为最大容量)的放电倍率下进行连续循环放电测试，通过实验可得：电池在66C状态下达到最大温升，最高温度51.72℃，达到最大温差25.65℃，其中最大产热率为739.97 W,66C放电倍率下电池放电深度仅为总电量的42%，随着循环次数以及放电倍率的增加，电池的内阻呈逐渐减小的趋势，最小为0.63 mΩ。最后根据电池在高倍率下的循环放电，对卡尔曼滤波算法进行改进，应用扩展卡尔曼滤波算法对电池的容量衰减进行预测，验证了此算法在高倍率放电情况下的适用程度，误差最大控制在0.05以内，达到了良好效果。     

Latest developments in super high rate lead-acid batteries from India

The application of lead-acid batteries for automobile applications has to meet stringent specification guidelines. Design engineers are more concerned to meet the high rate discharge (HRD) performance of a battery, particularly for automobile applications. The required HRD is to be tested to the full satisfaction of the ultimate user. This paper gives a review on lead-acid batteries manufactured in India with special focus on their HRD performance.Basically, there is a cut-off voltage (which is 7.20 V for a 12 V battery system) down to which the battery shall be able satisfactorily to deliver current to the starting mechanism of a vehicle at the low critical temperature of −18°C.For determination of HRD performance under simulated conditions a high rate discharge tester is used to draw a constant discharge current from the battery, kept and conditioned in a cold chamber. It uses a built-in data acquisition system for logging of current and voltage values at an interval of 5 s.     

Thermal analysis of high‐power lithium‐ion battery packs using flow network approach

High‐power applications of lithium‐ion batteries require efficient thermal management systems. In this work, a lumped capacitance heat transfer model is developed in conjunction with a flow network approach to study performance of a commercial‐size lithium‐ion battery pack, under various design and operating conditions of a thermal management system. In order to assess the battery thermal management system, capabilities of air, silicone oil, and water are examined as three potential coolant fluids. Different flow configurations are considered, and temperature dispersions, cell‐averaged voltage distributions, and parasitic losses due to the fan/pump power demand are calculated. It is found that application of a coolant with an appropriate viscosity and heat capacity, such as water, in conjunction with a flow configuration with more than one inlet will result in uniform temperature and voltage distributions in the battery pack while keeping the power requirement at low, acceptable levels. Simulation results are presented and compared with literature for model validation and to show the superior capability of the proposed battery pack design methodology. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

储能电站作为系统辅助启动电源的建模研究

随着储能技术的发展和储能电站规模的不断增加,系统大停电后可考虑储能电站作为系统辅助启动电源以协助系统的恢复,考虑铅蓄电池、磷酸铁锂电池、全钒液流电池和钠硫电池为主要储能电站电池类型,根据蓄电池组放电功率和放电持续时间的幂次函数关系建立不同电池类型储能电站放电模型,储能电站放电模型和经济模型一起构成系统辅助启动电源模型,进而在系统辅助启动电源模型的基础上,以给定恢复时间内系统恢复的功率最大为目标函数,提出了考虑系统辅助启动电源的黑启动方案优化模型,并通过savnw23节点系统算例验证了储能电站作为系统辅助启动电源的可行性和黑启动方案优化模型的正确性。     

基于磷酸铁锂电池的便携式48V通信直流应急电源研究

便携式通信应急电源是专为电力通信现场应急抢修、升级割接等应用而设计的灵活紧凑的直流电源.文章介绍了一种基于磷酸铁锂电池的通信直流应急电源装置,其采用锂电池作为储能单元,锂电池的高能量密度确保本装置的便携性;集成充电隔离、放电隔离及短路保护电路,实现了锂电池与其他设备之间的有效隔离,确保本装置的使用安全.同时使用并联扩容...     

Estimation of power battery SOC based on firefly BP neural network

针对BP神经网络算法对电动汽车电池荷电状态（state of charge,SOC）估算的缺陷,提出一种基于萤火虫（firefly algorithm,FA）神经网络的SOC估算方法。以磷酸铁锂电池为测试对象,在ARBIN公司生产的EVTS电动车动力电池测试系统装置上进行测试,收集锂电池的各项性能参数。采用端电压和放电电流作为输入参数,SOC作为输出参数,建立FA-BP神经网络模型,用于估算锂离子电池充放电过程中的任一状态下的SOC。仿真实验结果表明,与现有的BP神经网络估算方法相比,基于FA-BP神经网络的锂电池SOC估算方法准确度高,具备很好的实用性。     

基于磷酸铁锂电池变电站直流系统BMS的研究与应用

磷酸铁锂电池管理单元（BMS）是文中研究的重点,如何把握电池内部状态的变化规律以及外部因素对电池容量的影响、建立合理有效的电池模型和SOC算法、实现SOC在线估计并减少估算误差,是电池安全管理最基本、最重要的方面。电池管理单元（BMS）与变电站直流系统监控器通过CAN通信,能有效的保证磷酸铁锂电池组及整个直流系统安全可靠的工作。     

Power assisted fuel cell

A hybrid fuel cell demonstrated pulse power capability at pulse power load simulations synonymous with electronics and communications equipment. The hybrid consisted of a 25.0 W Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) stack in parallel with a two-cell lead-acid battery. Performance of the hybrid PEMFC was superior to either the battery or fuel cell stack alone at the 18.0 W load. The hybrid delivered a flat discharge voltage profile of about 4.0 V over a 5 h radio continuous transmit mode of 18.0 W.