通信用磷酸铁锂电池使用特性及管理研究

发布时间：2017-07-29 08:17

  本文关键词：通信用磷酸铁锂电池使用特性及管理研究

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【摘要】：随着通讯设备的小型化和分散化发展及其长期在高温环境下使用的情况,要求通讯后备电池具有体积小、比能量高且耐高温等特点,因此锂离子电池替代铅酸电池的前景被看好。然而,锂离子电池的安全性差,需要进一步研究其安全性和电池组的管理系统。本文针对安全性较好的磷酸铁锂电池,结合本企业生产的通信后备磷酸铁锂电池,采用针刺、过充、短路、热冲击、挤压等方法进行了安全性测试,并研究了电池和电池组的循环性能、一致性和高低温性能,设计电池组的均衡限流管理系统。安全性测试表明,磷酸铁锂电池均能通过针刺、过充、短路、热冲击、挤压等各种严苛测试,不起火,不爆炸;在温度特性上,通过宽温度范围的放电测试表明,磷酸铁锂电池能够在-40℃至60℃范围内放电,25℃100%DOD(Depth of Discharge)循环寿命达到2100次以上,能够满足通讯后备电源使用要求。但是,电池经过45℃高温放置14天后一致性变差,内阻分散、自放电率差异大,需要进行均衡管理。针对通信后备用锂离子电池组的场景特点,建立了分充均衡模型,所设计的管理系统具有充电限流和分充均衡功能,通过软件逻辑控制,保证每个电池组在浮充情况下,将电池组每串电池充满电,达到电池组最理想放电容量。利用所设计的控制电路组装了15只10Ah磷酸铁锂串联电池组,1000次循环测试结果显示,分充均衡与传统旁路电阻均衡方式相比,电池组的剩余容量高出10.7%,表明设计的分充均衡管理系统能够提高电池组浮充使用的寿命。充电限流功能能够限制充电电流,在有损电池的充电电流情况下,可以将电池限制在设置值,保证电池可以适用于通信不同电源功率的场景,并可支持电池组并联扩容。
【关键词】：磷酸铁锂电池 使用特性 管理 通信应用
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.2 锂离子电池概述11-12
• 1.2.1 锂离子电池发展历史及趋势11-12
• 1.2.2 锂离子电池的基本组成单元12
• 1.3 磷酸铁锂电池在通信后备电池中的应用现状12-21
• 1.3.1 磷酸铁锂电池的发展历程12-13
• 1.3.2 磷酸铁锂电池内部结构及工作原理13-14
• 1.3.3 通信用磷酸铁锂电池产品特点14-15
• 1.3.4 国内磷酸铁锂电池应用于通信后备电池现状15-16
• 1.3.5 国外锂离子电池应用于通信后备电池现状16-17
• 1.3.6 电池管理系统基本原理17-21
• 1.4 本论文的选题背景和研究内容21-22
• 第2章 实验研究方法及理论分析22-28
• 2.1 实验用仪器22
• 2.2 研究方法设计技术依据22-24
• 2.2.1 电池性能测定依据23
• 2.2.2 电池管理性能测定依据23-24
• 2.3 测试方法24-28
• 2.3.1 磷酸铁锂电池特性测试24-25
• 2.3.2 管理系统保护功能测试25-26
• 2.3.3 均衡控制管理测试26-27
• 2.3.4 充电限流功能测试27-28
• 第3章 磷酸铁锂电池特性研究28-39
• 3.1 磷酸铁锂电池安全特性分析28-34
• 3.1.1 针刺测试28-29
• 3.1.2 外部短路29-31
• 3.1.3 挤压测试31-32
• 3.1.4 过充测试32-33
• 3.1.5 热冲击试验33-34
• 3.2 磷酸铁锂电池循环特性分析34-35
• 3.3 磷酸铁锂电池温度特性分析35-36
• 3.4 磷酸铁锂电池一致性特性分析36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 通信用磷酸铁锂电池组管理系统研究39-65
• 4.1 磷酸铁锂电池管理系统保护功能研究39-51
• 4.1.1 磷酸铁锂电池管理系统电压管理42-44
• 4.1.2 磷酸铁锂电池管理系统电流管理44-48
• 4.1.3 磷酸铁锂电池管理系统温度管理48-51
• 4.2 磷酸铁锂电池管理系统均衡控制管理研究51-60
• 4.2.1 均衡控制在通信行业应用新模型51-53
• 4.2.2 均衡控制方式分析53-55
• 4.2.3 分充均衡设计及分析55-60
• 4.3 充电限流电路研究60-64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-74
• 致谢74-75
• 个人简历75

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