基于降维电化学模型的锂离子动力电池无析锂快充控制
发布时间：2021-06-11 01:46
新能源汽车是目前行业热点,其技术核心是车用动力电池,而电池快速充电是一大难题。充电的限速步骤不在充电机而在电池自身,单纯增加充电功率而不考虑电池对功率的接受能力将严重损害电池安全和寿命。因此,开发电池安全快充策略是突破充电瓶颈的关键。本文以大容量车用锂离子电池为对象,从机理研究、模型构建与参数辨识、状态观测与优化控制三个方面对充电安全问题进行剖析,最终开发了无析锂快充策略。对充电滥用条件下电池衰减进行了研究和机理辨识,建立了集总参数降维负极电位估计模型,借助开发的稳定内部电位传感器提出了基于电极分解和频域分解的多阶段集总电化学参数辨识方法。基于降维模型设计了负极电位观测器及自适应时变电流安全快充策略,实现了电池无析锂安全快充,并提出了无析锂意义下的时间最优充电策略。首先,研究了充电滥用下电池衰减机理,阐释了负极析锂反应机制。通过低温加速寿命实验,分析并总结了电池“非线性”衰减规律。基于原位分析和材料形貌表征辨识了充电衰减核心机理为负极析锂导致的活性锂离子损失。针对衰减后的容量恢复现象,基于电压微分和内部电位信号,研究了锂析出后的重嵌入现象,总结了完整的析锂反应机制,明确了抑制析锂的关键...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１动力电池发展历程ｒａ??目前的动力电池市场已经形成了锂离子电池的霸主地位
?第１￥引言???９０????８０??７０?２０１８＾＂２０１９?／??Ｓ：?摊，☆年＿??２０１４??０????０?１００?２００?３００?４００?５００?６００??续驶里程（ｋｍ）??图１．２?２０１４－２０１９代表性纯电动车型续驶里程与电池包电量变化??４００?４００?３５０?２５０?９００??通讯协议?ＣＡＮ?ＣＡＮ?ＰＬＣ?ＣＡＮ?ＣＡＮ??主要地区中国等?曰本等?ＩＪ、北?全球?．中Ｍ等??丨ＥＣ６２１９６、ｌＥＣ６１８５１、?ＩＥＣ６２１９６、?．?ＩＥＣ６２１９６、??｜Ｅｃ６１８５１?ＩＥＥＥ２０３０．１?ＳＡＥＪ１７７２?７?ＩＥＣ６１８５１??？?ｉｔｍｄＷ??图１．３各国充电标准??由ＳＡＥＪ１７７２委员会制定，２０１１年正式发布，得到了大众、曳马、奔驰、通用、??福特等欧美车企的支持。ＣＣＳ的特点是单一接ｑ同时支持交流和直流充电，其??中Ｃｏｍｂｏ?１和Ｃｏｍｂｏ?２可以分别看作对ＩＥＣ?６２１９６－２中Ｔｙｐｅ?１和Ｔｙｐｅ?２的扩展＆另??夕卜，为了与智能电网更好的兼容，使用了ＰＬＣ通讯协议。ＣＣＳ?１．０支持的充电功??率最大为８〇］＾＼￥，这一数字在（：￡５?２．０中被提离到了３５〇］＾＼￥。在正￡?６２１９６的基础??上１中国制定了ＧＢ／Ｔ?２０２３４标谁，直流部分额定电压不超过１０００Ｖ，额定电流不??超过４００Ａ。Ｔｅｓｌａ作为国际电动车标杆企业，在充电标准方面也独树一帜，采用单??独的充电接口，可支持最大１２０１＾充电功＾｜１。最新一代的￥３．０超充系统则将这一??数字提高到了?２５０?ｋＷ。??６??
?第１拿弓丨言???安全充电区间内。最后在实际电池中进行实验测试，验证充电策略效果。??１．２与本课题相关的研究综述??１．２．１锂离子电池充电耐久性与安全性衰减机理研究现状??充电滥用往往会加速电池耐久性衰退ｓ电池的耐久性是电池使用寿命的指??标，电池使用时间越长，耐久性越好。电池的寿命包括存储寿命（日历寿命）和??循环寿命两种。从实际应用角度，电池的寿命可定义为：容量衰减到其初始容??量８０％的时间或者循环次数。电池的存储寿命一般较长，麗只有在高温高ＳＯＣ下??才会有较明显的容量衰减，这里主要讨论充电造成的电池衰减，＿此不涉及曰历??寿命＿。??除了耐久性问题，充电滥用还可能引发严重的电池安全问题。锂离子电池面??对的安全性问题主要是热失控，其定义为：由于机械滥用、电滥用或热滥用等诱??因．，造成电池内部各种材料相继发生热分解反应，放出大量的热量，形成不可控??链式反应，使电池温度急剧升高，如图１．５为典型的热失控链式反应机理。近年??来，随着电动汽车的大规模应用＞?以热失控为特征的锂离子动力电池组的安全性??事故时有发生。热失控发生时，通常伴有起火、＿烟甚至爆炸等现象，带来人员??的生命财产损失。热失控事故会打击民众接受电动汽牟的信心，并阻碍电动汽车??的普及。以防止热失控发生为主要目标的锂离子动力电池的安全管理是电动汽牟??发展应用过程中仍急需解决的问题。热失控的诱发原因很多，充电滥用是一个籮．??要诱因。??温度／°Ｃ?热失控链式反应??１〇〇〇?ｎ?Ｆ??ｍ??５００?／??３〇０??１００?＾?？??〇?ｌａ?＾??图１．５热失控链式反应机理??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国新能源汽车的研发及展望[J]. 欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
本文编号：3223550
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１动力电池发展历程ｒａ??目前的动力电池市场已经形成了锂离子电池的霸主地位
?第１￥引言???９０????８０??７０?２０１８＾＂２０１９?／??Ｓ：?摊，☆年＿??２０１４??０????０?１００?２００?３００?４００?５００?６００??续驶里程（ｋｍ）??图１．２?２０１４－２０１９代表性纯电动车型续驶里程与电池包电量变化??４００?４００?３５０?２５０?９００??通讯协议?ＣＡＮ?ＣＡＮ?ＰＬＣ?ＣＡＮ?ＣＡＮ??主要地区中国等?曰本等?ＩＪ、北?全球?．中Ｍ等??丨ＥＣ６２１９６、ｌＥＣ６１８５１、?ＩＥＣ６２１９６、?．?ＩＥＣ６２１９６、??｜Ｅｃ６１８５１?ＩＥＥＥ２０３０．１?ＳＡＥＪ１７７２?７?ＩＥＣ６１８５１??？?ｉｔｍｄＷ??图１．３各国充电标准??由ＳＡＥＪ１７７２委员会制定，２０１１年正式发布，得到了大众、曳马、奔驰、通用、??福特等欧美车企的支持。ＣＣＳ的特点是单一接ｑ同时支持交流和直流充电，其??中Ｃｏｍｂｏ?１和Ｃｏｍｂｏ?２可以分别看作对ＩＥＣ?６２１９６－２中Ｔｙｐｅ?１和Ｔｙｐｅ?２的扩展＆另??夕卜，为了与智能电网更好的兼容，使用了ＰＬＣ通讯协议。ＣＣＳ?１．０支持的充电功??率最大为８〇］＾＼￥，这一数字在（：￡５?２．０中被提离到了３５〇］＾＼￥。在正￡?６２１９６的基础??上１中国制定了ＧＢ／Ｔ?２０２３４标谁，直流部分额定电压不超过１０００Ｖ，额定电流不??超过４００Ａ。Ｔｅｓｌａ作为国际电动车标杆企业，在充电标准方面也独树一帜，采用单??独的充电接口，可支持最大１２０１＾充电功＾｜１。最新一代的￥３．０超充系统则将这一??数字提高到了?２５０?ｋＷ。??６??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]中国新能源汽车的研发及展望[J]. 欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
本文编号：3223550
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