电动车辆动力电池充电特性与控制基础问题研究

发布时间：2017-12-15 00:30

本文关键词：电动车辆动力电池充电特性与控制基础问题研究

【摘要】：锂离子电池以其高的比能量和比功率成为当今电动汽车的理想动力源,然而自身复杂的工作特性和对滥用工况的敏感性使得动力电池性能未能得到合理地利用。本论文以典型商用锂离子电池为研究对象,结合大量的实验数据,采用宏观-微观-宏观的分析路线来研究动力电池的充放电工作特性,提高动力电池系统的可靠性,进而推动电动汽车产业化的发展。具体的研究内容如下:(1)基于动力电池在不同应力下的充放电测试实验,得到动力电池的极化电压变化规律,结果表明在低温和高倍率情况下,极化电压出现明显的极化累积现象;随着温度的变化,极化电压的组成成分和数值大小都呈现出明显的差异;通过具有不同频率的电流进行充电测试,发现当电流频率位于低阻抗区域时,工作电压变化平缓,温升速率低,具有高倍率充放电的能力。(2)通过分析动力电池的比热容随温度的变化规律,得到充电过程中动力电池内部的生热速率,结合电池的dQ/dV变化曲线,表明电池在不同SOC处,温升速率与dQ/dV曲线变化一致。建立动力电池的热电耦合模型,从微观角度分析锂离子在不同模式下嵌入和迁出的动力学过程,着重分析浓度梯度和温度场的变化情况,实验表明:脉冲加载模式主要改变了液相的离子扩散浓度,对固相浓度梯度的影响不太明显;强制对流可以减小电池温升,但是加大了电池内外的温差,加剧了内外活性材料老化的不一致性。(3)以动力电池单体的三电极充放电测试模型为研究对象,对不同充电倍率下电极电势与工作电压的变化情况进行分析,表明电压上升速率是电池充电截止条件判定的有效参数。基于单体电池的控制方式,对不同连接模式动力电池系统的工作特性进行理论分析,结合实验测试数据,表明当串联模式的充电控制参数与单体控制模式相同时,可有效避免系统中单体电池的过充现象;而并联系统的控制模式主要基于系统中单体电池的温升梯度来进行调控时,可有效避免电池充电末期的高倍率加载现象,延长电池系统的使用寿命,提高系统的安全性。(4)基于动力电池成组应用中电压与电流的变化特性,分析单体电压的实时波动情况,利用离线余弦对数据进行滤波处理,将噪声干扰减小到最小,同时保留电压变化波动的真实情况。然后分别利用整体香农熵、局部香农熵和样本熵对滤波后的实验数据进行熵值分析并加以验证,得到每种熵值算法的优缺点,通过实验对比,整体香农熵可以及时、准确地预测出故障发生的位置,同时该方法具有很强的抗干扰能力,有效地提高了动力电池系统的安全性和可靠性。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 姚雷;王震坡;;锂离子动力电池充电方式的研究[J];汽车工程;2015年01期

2 汪治华;张献东;;氢镍电池组充电控制技术研究[J];电源技术;2013年03期

3 牛利勇;时玮;姜久春;张言茹;姜君;曹雪铭;;纯电动汽车用磷酸铁锂电池的模型参数分析[J];汽车工程;2013年02期

4 马进红;王正仕;苏秀蓉;;锂离子动力电池大电流脉冲充电特性研究[J];电源学报;2013年01期

5 张彩萍;姜久春;张维戈;刘秋降;鲁妍;;梯次利用锂离子电池电化学阻抗模型及特性参数分析[J];电力系统自动化;2013年01期

6 王鸿雁;李广凯;江政昕;沈洁;;锂离子电池快速充电方法研究[J];电源技术;2012年11期

7 李哲;韩雪冰;卢兰光;欧阳明高;;动力型磷酸铁锂电池的温度特性[J];机械工程学报;2011年18期

8 李连兴;唐新村;瞿毅;刘洪涛;;CC-CV charge protocol based on spherical diffusion model[J];Journal of Central South University of Technology;2011年02期

9 温家鹏;姜久春;文锋;张维戈;;Kalman算法在纯电动汽车SOC估算中的应用误差分析[J];汽车工程;2010年03期

10 董琪;康红欣;闫艳波;;充电截止电压对锂离子电池化学性能的影响[J];化工进展;2008年05期