关键词： 退役电池   梯次利用   备用电源   电网储能   调频   锂离子电池  

摘要： 对在备用电源、电网储能和电网调频等条件使用的退役电池,每运行一段时间后进行内阻、电化学阻抗谱测试和容量标定,对容量保持率数据进行线性拟合,判断运行状况,估算梯次利用寿命。在备用电源工况下,退役电池的使用寿命长达8a;在电网储能工况下,循环寿命可达5000次以上;在电网调频工况下循环寿命为10000次左右。

关键词： 新能源汽车   磷酸铁锂电池   技术开发   应用   车用   动力电池   能源动力   环境挑战  

摘要： 严峻的能源和环境挑战使交通能源动力转型成为全球共识,新能源汽车,特别是新能源客车近几年来快速发展,但是也暴露出了多种问题。动力电池是新能源车的心脏,本项目基于磷酸铁锂体系开发高安全高性能的动力电池,并应用到新能源客车上,得到国家多个部门和天津市相关部门的资助。

关键词： 磷酸铁锂电池   荷电状态   最小二乘法   扩展卡尔曼滤波  

摘要： 准确估计荷电状态是磷酸铁锂电池安全工作和电动汽车正常使用的基础,以混合的简化电化学模型为基础,使用遗忘因子递推最小二乘法(FFRLS)对模型的参数进行辨识;对安时积分法进行参数修正,降低了充放电倍率,温度等因素的影响,并对扩展卡尔曼滤波(EKF)进行改进,使得观测值的修正能力提高;以参数修正过的按时积分法的方程为状态方程,结合开路电压法,利用改进过的EKF进行SOC的估计;与安时积分法相比,SOC的估算效果提高了不少,使估算偏差保持在3%以内。

关键词： 磷酸铁锂电池   锂元素回收   资源化  

摘要： 以硝酸为浸取剂,对废旧磷酸铁锂电池的正极材料回收处理,回收其中的锂元素制备碳酸锂。以废旧锂电池中的锂离子回收率为主要考察指标,通过单因素条件实验和正交实验考察了浸取反应中浸取温度、搅拌时间、硝酸浓度、固液比等因素的变化对锂离子回收率的影响。确定锂离子浸取反应的较佳工艺条件为:浸取温度55℃、硝酸浓度4.5mol/L、浸出时间2.5 h、固液比1∶8。较佳的工艺条件下,锂离子的回收率可达91.25%,所制备的碳酸锂纯度最高可达98.4%,实现了废旧磷酸铁锂电池中锂的有效回收。

关键词： 动力电池   磷酸铁锂电池   废弃磷酸铁锂的回收  

摘要： 随着节能减排的推进,电动汽车成为人们购车的又一选择。电动汽车的核心是动力电池,锂离子电池电压高、比能量大、寿命长、安全性能好,是动力电池发展的主要方向,其中,磷酸铁锂电池是中国动力电池产业的主要研究内容。文章概述了磷酸铁锂电池在电动汽车上的应用,归纳磷酸铁锂电池的性能缺陷,并总结了废弃磷酸铁锂的回收利用方法。在此基础上,对未来磷酸铁锂电池作为动力电池的发展趋势进行了展望。

关键词： 电动汽车   电池状态监测   充电系统   磷酸铁锂电池   快速充电  

摘要： 传统的燃油汽车给人们的出行带来了很大的方便,但是燃油汽车消耗了有限的石油资源,同时排放了大量的尾气,导致环境污染和能源危机一步步加重,对人类的生存造成了严重影响。在环境和能源问题的双重压力下,保持汽车产业有续的发展,研发清洁、环保的电动汽车成为大势所趋。但是电动汽车发展的主要难点是电池的快速充电问题,本文的主要内容就是研究高效快速的电动汽车直流充电系统,对汽车行业的发展具有重要意义。论文首先在对国内外现阶段电动汽车研究和发展现状分析基础下,论述了磷酸铁锂电池的结构、工作原理、电池模型以及锂电池常用的充电方法、停充方法、影响充电因素,通过比较传统的充电方法,研究了改进的三阶段充电方法,其充电过程中的停歇与负脉冲能够有效减少锂电池在充电时产生的极化反应。其次,论文对充电系统进行了整体设计,确定了主充电电路,并且详细分析了输入整流滤波、拓扑结构、高频变压器、输出整流滤波的设计方法。论文为实现电池负脉冲充电,设计了放电去极化回路,同时论文设计了以STM32F767为核心的硬件系统,对复位模块、电源模块、串口、通信电路等进行了详细设计。论文还设计了锂电池参数的监测电路,实时监测锂电池的内部温度、电流、电压。论文对软件部分进行设计,主要包括主程序、监测程序等。论文最后搭建了实验系统,并且设计了上位机管理系统,能够对充电系统的各项参数进行监控。通过电池的实际充电效果来验证改进的三阶段充电方法的可行性。实验结果表明,该方法可以缩短充电时间,提高充电效率。

关键词： 电动汽车   磷酸铁锂电池   镍钴锰酸锂电池   生命周期评价   绿色发展  

摘要： 纯电动汽车因在车辆运行过程中摆脱了对石油资源的依赖,并且减少了二氧化碳等温室气体和其他环境污染物的排放,而被称为“零排放”汽车,作为纯电动汽车核心部件的锂离子动力电池,其生产、使用以及回收过程必将伴随着大量污染物的产生,引起重要环境问题。因此,本文基于生命周期评价方法,选择电动汽车应用市场上占比最大的磷酸铁锂电池和镍钴锰酸锂电池为研究对象,通过构建评价模型,分析两种锂离子电池在生命周期研究系统边界的环境效益,系统边界涵盖电池生产阶段、使用阶段和回收阶段,其中电池生产阶段包括部件生产、部件装配以及产品出厂运输。环境影响类别包括全球变暖(GWP)、酸化效应(AD)、富营养化(EP)、光化学烟雾(PP)和臭氧层消耗(OLD),并利用层次分析法对两种电池产品的综合环境效益进行比较,明确电池的环保性,且通过贡献分析法进行热点问题识别,确定引起的主要环境问题以及产生的环节,最后通过敏感性因素分析,得到重要参数变化对环境问题的影响。此外,基于本文分析的回收方法,在回收阶段对磷酸铁锂电池和镍钴锰酸锂电池在未来电池报废潮中有价金属的回收数量和回收带来的减排效益进行了预测分析。研究结果表明,从环境角度而言,磷酸铁锂电池比镍钴锰酸锂电池对环境的影响更小。从不同过程来看,生产阶段是两种电池产生环境问题的主要环节。其中,对于磷酸铁锂电池而言,电池壳体生产是引起环境问题的主要因素;对于镍钴锰酸锂电池,正极材料生产是其产生环境问题的主要原因。从诸类环境问题来看,全球变暖是主要环境问题。通过敏感性分析发现,在磷酸铁锂电池生产阶段,提高聚丙烯塑料同时降低铝金属在电池外壳中的应用比例,对减少温室气体排放具有重要作用;在使用阶段,通过调整能源供电结构对节能减排也有重要作用。综合所述结果分析,磷酸铁锂电池更具有环保性,可作为未来锂电池企业或相关行业在国家环保要求前提下进行这两种产品策略制定的参考依据,同时在构建绿色交通网络上,以磷酸铁锂电池为动力的电动汽车可作为城市未来交通发展的主要方向。

关键词： 锂离子电池   极化/去极化   大幅值恒流脉冲法   状态估测   磷酸铁锂  

摘要： 进入21世纪以来,由于化石燃料的有限性及其不断消耗造成的污染,提升了人们对可再生能源的关注。由于可再生清洁能源生产的不连续性,生产与消耗之间的时空差异,为实现其高效利用需配套相关能量存储设备。同时电动汽车(混合动力汽车)和移动设备的发展对锂离子电池的性能提出了更高的要求。由于高的能量密度、功率密度,锂离子电池作为最佳能量存储装置成为当前研究热点。为了研究锂离子电池性能,并准确的对锂离子电池进行状态估计。本文从电化学角度出发,以仿真和测量为手段,开展以下研究:首先建立了磷酸铁锂电池的多物理场仿真模型、研究了磷酸铁锂的极化/去极化机理;其次建立了大幅值恒流脉冲法及相关模型,通过对不同健康程度的磷酸铁锂电池、石墨和磷酸铁锂电极的分析,研究了电极/电解液界面动力学特征;再其次结合非原位测量研究了磷酸铁锂电池性能衰减机理;最后研究阴极和阳极对电池性能的影响。并取得了以下成果:(1)使用不同纳米导电碳对磷酸铁锂进行包覆。发现面接触磷酸铁锂电极有更好性能。为了分析内在机理,建立了磷酸铁锂电极的多物理场仿真模型。通过多物理场仿真得到了充放电曲线,磷酸铁锂电极中的锂离子扩散通量、浓度分布、电流分布及电势分布图,证明了接触对电池容量和倍率性能的影响,为电极的设计提供理论依据。(2)建立了大幅值恒流脉冲法(LGPM),通过在电极/电解液界面建立瞬态高浓差极化,得到电极界面的信息。同时建立了一阶RC电路作为大幅值恒流脉冲法的电化学分析模型。(3)通过对磷酸铁锂、石墨电极的电路参数分析,可得出以下结论:磷酸铁锂电池电极中磷酸铁锂颗粒间存在的互充现象;磷酸铁锂由于较小的粒径而具有较大表面和等效电容,而石墨粒径较大表面积较少但其表面积的不足被锂离子的扩散速度所弥补。(5)结合大脉冲恒流脉冲法,通过对不同健康程度的磷酸铁锂电池进分析,发现磷酸铁锂电极并非电池性能衰减的主要因素。由于石墨负极较厚的SEI膜可以存储更多的锂离子,减少了石墨中的锂离子数量,导致了锂离子电池容量的降低和并联电容值的升高。(6)提取拆解石墨、磷酸铁锂电极组成半电池的电路参数。使用阴极和阳极电路模型及相关参数构成二阶RC电路,在大幅值恒流脉冲的条件下获得模型的响应曲线,使用一阶RC电路模型和电压响应曲线,通过参数估计的方法获得一阶RC电路参数,将得到的电路参数与负极和正极的电路参数对比,确定了正极和负极对电池性能的影响。

关键词： 锂离子电池   正极材料   硅酸亚铁锂   磷酸铁锂   喷雾干燥法   剩余电量  

摘要： 硅酸亚铁锂（Li2FeSi O4）正极材料因其结构稳定、原料广泛、环境友好、高能量密度以及环境友好等优点而受到了锂离子电池行业界的广泛关注,而正极材料又是锂离子电池比容量上限的影响因素,其性能的好坏决定了电池的价值。此外,硅和铁在自然界中储量丰富,这就使得硅酸亚铁锂的大规模生产成为了可能。在正极材料中磷酸铁锂（LiFePO4）已经具有诸多优点,但也存在着缺点,磷酸铁锂在放电后期放电曲线与工作平台曲线基本成垂直关系,那么电压与比容量之间就成了非线性关系,而这一问题造成了开路电压法难以准确测量电池的荷电压状态,进一步给电池管理系统的测试带来较大的影响,而从Li2FeSiO4正极材料的充放电曲线图中可以看出,它的放电曲线的斜坡化程度非常高,特别是在3.0V以下,因此通过对磷酸铁锂电极材料组成中混入硅酸亚铁锂正极材料进行优化,使得磷酸铁锂电极材料的充放电曲线斜坡化,最终使磷酸铁锂电池在放电后期中电压与比容量可以成线性关系,解决磷酸铁锂电池难以通过简单测量电池电压直接测算剩余电量（SOC）的共性问题。针对存在的问题,从Li2FeSiO4的合成、碳包覆和构建双活性物质Li2FeSiO4/LiFePO4/C复合材料开展了研究工作:（1）在第三章中采用氢氧化锂（LiOH·H2O）、硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）和二氧化硅（SiO2）为原料,葡萄糖为碳源,去离子水为溶剂,通过水热法合成了梭子形貌的Li2FeSiO4和Li2FeSiO4/C正极材料。经XRD分析,碳以无定型晶型存在,两种正极材料均与Li3PO4为异构体,属于Pmn21空间群,且碳包覆后的复合材料分布更均匀。通过对Li2FeSiO4进行不同碳含量包覆,发现碳含量为10%的样品的电化学性能比其他同结构材料的要好,在0.1C、0.5C、1C、2C和3C不同的倍率下,其放电比容量分别为105.2mAhg-1、93.5 mAhg-1、88.9mAhg-1、81.6mAhg-1、78.4mAhg-1和113.8mAhg-1,当经过3C的放电倍率回到0.1C时比容量能够得到很好的恢复,说明了该复合材料具有良好的可逆性。（2）在第四章中采用碳酸锂（Li2CO3）、二氧化硅（Si O2）、草酸亚铁（FeC2O4·2H2O）为原料,葡萄糖为碳源,通过固相法合成了Li2FeSiO4/C复合材料,并对比了不同碳含量的电化学性能。经XRD分析碳包覆后的样品没有杂质峰的存在,且当碳含量为10%时颗粒尺寸分布均匀。电化学性能分析结果显示,碳包覆处理后的材料其电化学性能都得到了较大的提高,其中碳含量为10%的样品具有最高的充放电比容量和循环性能,复合材料分别在0.1C、0.5C、1C、2C和3C的倍率下充放电循环曲线,其分别对应的可逆比容量为120.3mAhg-1、106.2mAhg-1、102.1mAhg-1、96.4mAhg-1、93.3mAhg-1和119.7mAhg-1。当电流由3C变为0.1C时,其容量立刻恢复到与初始循环是相当的数值,说明了该复合材料具有良好的可逆性。（3）以第四章固相法所制备的Li2FeSiO4/C正极材料和工业化的LiFePO4/C为原料,通过喷雾干燥法合成Li2FeSiO4/LiFePO4/C复合材料。经SEM分析,该复合材料在高温处理后依然保持球形形貌。对该复合材料做成的扣式电池进行电化学性能测试,在0.1C、0.5C、1C、2C和3C倍率下其比容量分别对应于170.1mAhg-1、165.6mAhg-1、161.3mAh g-1、154.4 mAhg-1、149.5mAhg-1、170.4mAhg-1,而最重要的是,该复合材料在3.3V电压平台之后表现为一条斜坡化的曲线,与LiFePO4/C,并经过线性拟合其R值为0.98272与相关系数1非常接近,这表明了在电压3.3V之后的放电曲线可以用一条简单的公式代表,这对LiFePO4/C不能简单通过测试电压就能得到SOC估算值的问题得到了有效的改善,进一步说明了通过混入了Li2FeSiO4/C材料能使得LiFePO4/C放电曲线斜坡化这一说法是正确有效的。

关键词： ARV   磷酸铁锂电池   BMS   耐压性能   SOE  

摘要： 发展水下机器人技术是目前人类探索海洋深处秘密的重要途径,也是实现我国海洋强国战略的重要途径。复合型无人潜水器(ARV,Autonomous&Remotely-operated Vehicle)综合了ROV(Remotely Operated Vehicle)和AUV(Autonomous Underwater Vehicle)的优势,在全海深潜水作业上具有很大的潜力,是我国实现11000米深海探测的重要手段。电池能源系统为ARV提供水下作业的全部动力,至关重要。ARV用水下电池系统封装在带补偿的充油耐压箱体中,需承受深海低温与高静水压的环境,本文针对这种情况,研究了ARV所选用的磷酸铁锂电池在该环境下的放电特性。研究结果表明深海环境会对磷酸铁锂电池造成不同程度的影响,并根据此影响设计了电池的仿真模型。基于以上研究结果以及ARV的使用特点,设计了ARV电池系统剩余电量的SOE(State of Energy)估算方法,从能量的角度很好的估计了剩余电量,并通过仿真和试验对其进行了验证。为了在硬件上实现本文提出的算法,本文还对电池管理(Battery Manage System,BMS)电路板的耐压性能进行了研究,从电子元器件的结构与材料角度进行了分析,总结出了耐压电子元器件的选型原则。根据此原则,制造了深海专用BMS电路板,并进行了耐压试验,证明了BMS板在深海高压环境下的适用性。本文所研究的电池特性、提出的SOE估算方法及对硬件耐压性的研究,为全海深电池供电的潜水设备的设计制造工作提供了重要参考。