动力锂离子电池并联衰退机理分析

发布时间：2017-10-17 04:38

  本文关键词：动力锂离子电池并联衰退机理分析

  更多相关文章： 锂离子电池 并联电池组 不平衡电流 容量衰退 老化机理 并联仿真 基本单元模块 成组优化

【摘要】：摘要：随着锂离子电池在电动汽车及储能领域里的广泛应用,锂电池成组技术逐渐成为研究的热点,但是,单体电池的不一致性严重影响到电池组的容量,性能,寿命,安全等多个方面。本文以磷酸铁锂和三元电池为研究对象,主要针对并联电池组寿命衰退影响因素及成组优化展开研究,具体研究内容和成果如下： (1)搭建了并联电池组充放电测试平台,选取了老化状态不同的电池进行并联测试,对支路电流不平衡情况进行了详细的分析；基于电池参数随SOC的变化规律,提出了SOC累积效应计算方法；针对磷酸铁锂和三元两种不同类型电池,说明了OCV对并联不平衡电流的作用机制。为寿命衰退机理的分析打下基础,明确了成组优化目标。 (2)制定了完善的并联电池组寿命测试方案,分别通过等效电路模型参数分析,不平衡电流分析,dQ/dV峰值曲线分析,对不同类型,不同不一致程度组合的并联电池组寿命衰退因素进行了研究,详细分析了内阻、极化和容量对电池不平衡电流的影响,不平衡电流对电池组老化的影响,以及并联电池与单体电池老化机理的异同,对比了不同类型电池的作用机理,得出并联电池组衰退速率最大影响因素为电池间不一致程度的结论。 (3)基于等效电路模型的方法和基于充放电曲线二分法,分别建立了两种并联电池组不平衡电流的仿真模型。同时通过实际的测试数据验证了两种方法的仿真精度,并对两种方法进行比较,指出两种方法各自的适用条件和适用范围。另外针对并联电池组的仿真方法进行扩展,并提出了两种基于模块化的混联电池组的仿真方法。 (4)研究了电池内阻、容量、初始SOC、充放电倍率等单一变量对支路电流的影响程度,提出了容量和内阻的匹配方法,以及浅充浅放和末期静置的电池组使用方法,对比了先串后并和直接并联两种连接方式下电流不平衡度,并基于先串后并的基本思路,评价了最小单元模块化的重要性；针对不同并联和串联数量的最小单元拓扑结构,提出了一种分析连接方式对电池组性能影响的研究方案。综合分析了串并联电池数量对电池组不平衡电流的影响,为实现电池优化筛选、优化成组、优化运行提供引导。
【关键词】：锂离子电池 并联电池组 不平衡电流 容量衰退 老化机理 并联仿真 基本单元模块 成组优化
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11
• 1.2 锂离子电池并联成组应用现状11-13
• 1.2.1 电动汽车领域应用现状12
• 1.2.2 电网储能领域应用现状12-13
• 1.3 动力电池组一致性研究现状13-14
• 1.4 锂离子电池寿命研究现状14-17
• 1.4.1 单体电池容量衰退研究现状15-17
• 1.4.2 电池组寿命影响因素研究现状17
• 1.5 课题研究意义与内容17-21
• 第2章 并联电池组充放电测试与特性分析21-31
• 2.1 并联电池组实验平台21-23
• 2.2 并联电池组充放电特性分析23-30
• 2.2.1 并联电池组支路电流差异23-25
• 2.2.2 并联电池组环流特性25-27
• 2.2.3 并联支路SOC累积等效计算27-29
• 2.2.4 不同类型电池的电流不平衡度29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 并联电池组寿命测试与衰退机理31-53
• 3.1 并联电池组循环寿命实验31-36
• 3.1.1 并联电池组寿命实验方案31-34
• 3.1.2 并联电池组寿命实验平台34-36
• 3.2 并联电池组寿命测试实验结果36-40
• 3.2.1 磷酸铁锂电池并联电池组衰退结果36-38
• 3.2.2 三元电池并联电池组衰退结果38-40
• 3.3 并联电池组退化机制分析40-51
• 3.3.1 内阻、极化特性分析40-43
• 3.3.2 并联电池组不平衡电流分析43-48
• 3.3.3 dQ/dV峰值曲线、锂离子及活性材料损失分析48-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 并联电池组仿真方法53-65
• 4.1 基于等效电路状态方程建模53-58
• 4.1.1 单体电池电路模型53-54
• 4.1.2 并联电池组电路及模型54-57
• 4.1.3 模块化混联电池组仿真57-58
• 4.2 基于充放电曲线的二分法建模58-61
• 4.2.1 单体电池充放电仿真58
• 4.2.2 并联电池组仿真58-61
• 4.2.3 模块化混联电池组仿真61
• 4.3 两种仿真方法比较61-62
• 4.4 本章小结62-65
• 第5章 锂离子电池并联成组优化65-81
• 5.1 单一参数变量对不平衡电流影响65-69
• 5.1.1 内阻和极化不一致65-66
• 5.1.2 容量不一致66-67
• 5.1.3 初始SOC不一致67-68
• 5.1.4 充放电倍率对不平衡电流影响68-69
• 5.2 电池并联数量方案选择69-73
• 5.2.1 短板电池影响的并联电池组69-72
• 5.2.2 基于正态分布的并联电池组72-73
• 5.3 并联电池组改进方法73-78
• 5.3.1 充放电方式的改进73-75
• 5.3.2 先串后并对并联电池组的改善75-76
• 5.3.3 基本单元模块76-78
• 5.4 本章小结78-81
• 第6章 总结与展望81-83
• 参考文献83-87
• 作者简历87-91
• 学位论文数据集9

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王震坡;孙逢春;林程;;不一致性对动力电池组使用寿命影响的分析[J];北京理工大学学报;2006年07期

2 王震坡,孙逢春,张承宁;电动汽车动力蓄电池组不一致性统计分析[J];电源技术;2003年05期

3 孟祥峰;孙逢春;林程;王震坡;;动力电池循环寿命预测方法研究[J];电源技术;2009年11期

4 管道安;刘强;彭元亭;唐致远;;20Ah锂离子动力电池倍率放电容量衰减的研究[J];广州化工;2008年03期

5 张维戈;时玮;姜久春;姜君;张彩萍;孙丙香;;动力锂离子电池串并联仿真技术研究[J];电网技术;2012年10期

6 姚大伟;谢海莲;刘前进;;锂离子电池及电池储能系统的安全考量(英文)[J];电力系统自动化;2013年01期

7 陈萍;李瑜;张佳tb;孙红梅;;放电倍率对电池配组一致性的影响研究[J];电源技术;2013年03期

8 马泽宇;姜久春;张维戈;王占国;郑林锋;时玮;;锂离子动力电池热老化的路径依赖性研究[J];电工技术学报;2014年05期

9 张维戈;时玮;张言茹;马泽宇;陈大分;王玉坤;;大容量锂离子电池的并联性能评估与等价性分析[J];电网技术;2014年06期

10 张言茹;姜久春;张维戈;时玮;姜君;;储能工况下磷酸铁锂电池动态辨识方案研究[J];电源技术;2014年11期

，

本文编号：1046884