关键词： 磷酸铁锂电池   快速充电器   电动汽车   MATLAB/Simulink软件  

摘要： 磷酸铁锂电池组是锂离子电动汽车的核心动力装置，而磷酸铁锂电池快速充电器则是电动汽车必不可少的部分。快速充电器有利于电动汽车的广泛应用，推动传统汽车向电动汽车的转变，实现可持续发展。\n 本文基于江西省科技厅工业支撑项目，以电动汽车快速充电器课题，设计能够为电动汽车磷酸铁锂电池组进行快速充电的智能充电器。在对磷酸铁锂电池的特性以及蓄电池充电方式的现状进行了研究之后，确定采用电池组分组的间歇式充放电的充电方式。在对锂离子电动汽车充电器主电路拓扑进行研究之后，确定采用半桥 b uck-boost双向DC-DC变换器的主电路拓扑。把待充电池组分为等同的A、B两组，当 A组电池处于充电状态下，B组电池在这段时间内的状态是休息、放电、休息，当B组电池处于充电状态下，A组电池在这段时间内的状态是休息、放电、休息。充电过程处于充电状态的电池组充分的利用另一组的放电电能，提高充电效率，而另一组则会有充足的时间休息且进行放大，有利于在充电过程中消除各种极化影响，提高充电效率。紧接着对主电路的参数进行详细的计算，对相关的器件进行选型。通过 MATLAB/Simulink来对充电器的设计电路进行仿真，在仿真过程中采用了电流内环的 PI控制器来稳定充电电流和放电电流的大小，同时电压外环为防止电池组的电压过压或者过放，作为保护外环。充电器的另一个核心的部分就是控制电路的设计，控制电路是以TI公司的TMS320F2812芯片为核心，对充电器主电路进行开关控制、电流保护、电压保护、电流采样以及电压采样。这就需要对以上各个保护电路以及采样电路进行设计，同时由于采用的控制电路中需要各种辅助电源，因此还需要对辅助电源电路进行设计。\n 通过仿真的结果可以看出本次设计的充电器在理论上是可行的，现已将 PCB板画好，即将进入焊接调试阶段，由于实验没有完成，实际充电效果还需要进一步验证。

关键词： 复合材料   磷酸铁锂   制备工艺   微观混合   放电容量   循环寿命  

摘要： 化学反应过程中，微观混合是一个重要的影响因素，微观混合的程度决定了反应产物的方向和转换率。电池正极材料的制备过程涉及到传热、传质、液液之间的混合等条件，这些条件极大影响着材料的物化性能，从而直接影响电池的性能。随着新能源动力电池产业的兴起，对于电池的续航里程、使用寿命，安全性能的要求日益提升，磷酸铁锂（理论放电容量170mAhg-1）电池凭借其突出的物化性能在国内新能源市场中占据了主导地位。本文的目的是针对磷酸铁锂目前面临的制备工艺、放电容量、循环寿命等问题，研究出一种新型的制备工艺流程，增加工艺效率，提高电池的容量和寿命。\n 微通道混合器是一种内部通道尺寸在毫米级以下反应装置，它能够极大的增加反应物相对接触体积，强化物质的传质和微观混合效果。本文采用T型和Y型两种微通道混合器来制备合成纳米级磷酸铁前驱体材料，再利用高温固相法掺入碳源、锂源进而合成磷酸铁锂复合材料。为了表征两种微通道混合器在流体撞击过程中的微观状况，利用计算机仿真模拟软件Fluent13.5对撞击流进行模拟，并通过快速平行竞争反应体系进一步验证。利用XRD、SEM、TG-DSG对磷酸铁锂进行微观结构、颗粒大小分布、微观形貌和元素比例进行分析。\n 在计算机仿真模拟的研究发现，当流体分别以400mL/min、800mL/min、1200mL/min、1600mL/min等体积流量打入两种微通道中时，混合腔内均会形成反向流，但T型微通道混合器内的流体扰动规律有序，而Y型微通道混合器内扰动杂乱无章，且随着体积流量的增大，扰动越来越激烈;当流体以差体积流量打入微通道混合器中时，两股流体的撞击点会向着体积流量小的一边偏移。在快速平行竞争反应体系实验中得知，混合程度X数值越小，微观混合效果越好，T型微通道混合器的混合程度X数值较小，说明T型微通道的微观混合优于Y型微通道;随着体积流量的增加，混合程度X的数值越来越小，结果与模拟实验具有一致性。\n 利用注射泵通过微通道制备合成磷酸铁的研究发现，未经600℃烧结的磷酸铁前驱体属于无定型，415℃时磷酸铁失重了23％，分子式为FePO4·2.7H2O，经过600℃烧结后，磷酸铁由无定型向着六方层状结构转变。随着体积流量由50mL/min-150mL/min增大，复合材料磷酸铁锂颗粒越小(250nm-150nm)，分布越均匀，YLFP-1、YLFP-2、YLFP-3三种样品在0.5C时的放电容量分别为141、145、147mAhg-1，TLFP-1、TLFP-2、TLFP-2三种样品在0.5C时的放电倍率分别为148、151、153mAhg-1，TLFP-3在经过30次循环后放电容量衰减的最小，依然能够保持在150mAhg-1。利用微型磁驱动齿轮泵和G型单螺杆泵制备磷酸铁的研究发现，保持体积流量1600mL/min，复合材料磷酸铁锂颗粒分别为100-150nm、100nm-180nm。且MP-LFP和GP-LFP两种样品在0.1C、0.5C、1C三种放电倍率下的容量分别为164、156、143mAhg-1和163、158、142mAhg-1。两种样品在1C倍率下循环200次后，放电容量稳定，没有发生明显的衰减。

关键词： 磷酸铁锂电池   并联连接   环流   预充电阻   二极管   DC-DC转换器  

摘要： 对电池组并联时环流产生的原因进行分析,并对环流现象提出了三种解决方案,即预充电阻解决方案、二极管解决方案和DC-DC转换器解决方案,最终对三种方案进行了对比。

关键词： 甲醇   锂盐回收   N-甲基吡硌烷酮   溶剂热   磷酸铁锂  

摘要： 在聚苯硫醚的生产中,采用甲醇调浆、洗涤,改变洗涤工艺。通过甲醇的洗涤工艺使得锂离子的分离回收效率达到88%,同时实现锂盐与反应副产物钠盐的分离,为后续电池正极材料的合成创造条件,并且该洗涤工艺没有降低聚苯硫醚产品的性能。利用甲醇洗涤工艺中得到的含锂N-甲基吡硌烷酮(NMP)溶液,再通过溶剂热合成磷酸铁锂,并对其进行碳包覆处理。通过XRD、SEM、电化学检测等表征,所得磷酸铁锂材料粒径小、颗粒均匀、结晶性好,表现出良好的电化学性能,碳包覆处理后得到的Li Fe PO4/C在0.1C倍率首次放电比容量在152 m Ah/g左右,在1C倍率首次放电比容量仍有137 m Ah/g左右。

关键词： 磷酸铁锂   铁锂电池   电池方案   电源系统  

摘要： 针对磷酸铁锂电池广泛应用,主要论述磷酸铁锂电池的特点,给出在通信基站配置原则和不同场景下配置方案。这些配置方案利于基站通信的建设,也给整个通信行业提供一定的参考依据。

关键词： 磷酸铁锂电池   阀控式铅酸蓄电池   均衡策略  

摘要： 简介磷酸铁锂电池与阀控式铅酸蓄电池的基本原理,分析磷酸铁锂电池单体性能方面具有的明显优势,探讨电池管理技术研究情况与发展应用,以期对相关工作有所帮助。

关键词： 磷酸铁锂电池   SOC   多元自适应回归样条  

摘要： 将多元自适应回归样条估算方法应用于大容量磷酸铁锂电池组的SOC估计,将电压、电流和温度共同作为输入变量。对实验所得数据进行标准化处理,将处理后的数据进行训练,得到SOC估计的精简数学模型,并对模型进行了验证。仿真实验结果表明该方法可以提高SOC估算精度。

关键词： 橄榄石磷酸铁锂   液相合成法   高振实密度   大(010)面   原位碳包覆   产业化  

摘要： 液相合成法具有传热、传质快,材料粒径、形貌可控等优点,被广泛应用于各类材料制备领域。本文综述了共沉淀法、溶剂热法、sol-gel法合成磷酸铁锂正极材料的过程、原理和研究进展,并进行了对比和总结:纳米化、高比表面积、碳包覆,可以解决电子电导率低和锂离子扩散速率慢所导致的倍率性能差的问题,是液相法合成的基本要求。共沉淀法有利于合成密堆积的球形形貌,获得高振实密度的材料,可以提高材料的能量密度。溶剂热法有利于合成大(010)面的材料,缩短锂离子扩散的距离,提高材料的倍率性能。Solgel法可以达到分子级别的混合,有利于制备成分均匀、原位碳包覆的材料。使用高电子电导率和离子电导率的材料,可以提高Li Fe PO4的倍率性能。相对固相法,寻找合成时间短、流程短、成本低的产业化方法,推动液相法在原理、工艺上的发展和进步是研究的方向。

关键词： 通信用磷酸铁锂电池组   电池管理系统   开发   ML5238   SNMP   多接口多通信协议  

摘要： 随着第4代移动通信技术(4G)的大规模普及,当前通信设备正在逐步向小型化,分布式的方向发展,末端设备的功耗越来越小,客观上需要配置体积更小,重量更轻的后备电池。新型化学电源-通信用磷酸铁锂电池组以其比能量高,高温性能突出,占据空间小,循环性能优异,可快速充、放电,绿色环保等突出特点,成为4G通信基站的首选。但是磷酸铁锂电池也存在着许多无法克服的缺点,如不能在低温下充电,不能进行过充,过放或短路放电等,否则会使电池发生不可逆的损伤,严重的还可能产生安全事故,危及通信基站的安全运行。为了充分发挥磷酸铁锂电池的优异特性,减少并避免其显在缺点的影响,通常在使用通信用磷酸铁锂电池组的同时都给予配置电池管理系统(Battery Management System,简写为BMS)。根据以上需求,本论文展开了相关研究。论文首先分析了通信用磷酸铁锂电池组管理系统国内研究的现状,指出目前商品化的BMS产品虽然已经比较成熟,但是无法满足国内外客户不断提出的新需求,如SOC精度要求,切换响应速度要求,扩容要求,多接口多协议通信功能要求以及低成本要求等。本论文从上述功能要求出发,展开电池管理系统各细化功能的研究,从硬件和软件、控制策略等角度深入探讨,设计开发一款具有高精度测量、高速响应,易于扩容,支持多接口多协议通信以及成本适中的BMS产品,抢抓市场机遇,同时为企业获取适当收益。论文对通信用磷酸铁锂电池组电池管理系统的功能及结构进行了分析,从电池状态的监测、电池状态的分析,电池的安全保护,能量控制管理以及电池信息管理等模块分别进行了详细描述;论文对电池的管理策略进行了深入讨论。因为电池管理策略是电池管理系统软件的核心内容,结合电池实际应用场景,论文对电池管理策略的几个研究热点问题:SOC估算方法,充放电管理,均衡管理,热管理和故障管理等均进行了研究和剖析,并选择了适宜于本项目应用的策略和方法,并说明了理由。论文系统介绍了电池管理系统的整体硬件框架,并按照各个模块实现的主要功能分别了介绍了芯片的选择以及各个模块的工作原理和电路的具体实现方法。经过比较,选择ARM Cortex-M3核心的STM32F103芯片作为系统的主MCU,选择ML5238芯片作为电芯数据采集的模拟前端,选择W5500芯片作为UDP的硬件协议栈,以满足SNMP通信协议的需要。论文完成了电池管理系统软件程序设计,详细介绍了各个重要组成模块和外设驱动的实现方法,重点说明了各个软件模块的工作流程,总结了程序设计过程中的有关重点,难点问题及相应的突破方法。同时还开发了PC端的上位机监控程序,可以对系统运行的数据进行实时采集和分析。最后对设计的系统进行了调试和试验验证。电池管理系统通过了专业的BMS模拟测试设备的检测,电池管理系统的硬件配置和软件程序的基本功能均已实现,电池管理系统的控制策略符合预期的设计要求。电池管理系统已具备进行推广的初步要求,可以进行小批量应用。

关键词： 储能   磷酸铁锂电池   能量状态   特性区间   特征曲线   SOE估算  

摘要： 储能技术对环境保护和发展可再生能源至关重要。磷酸铁锂电池因其技术性能优势受到国内外的大力关注,发展迅速,已成为现代电力系统储能装置的理想选择之一,在目前电化学储能应用中占比最大。在储能实际运行工况中,电池的能量状态(Stateof Energy,SOE)可直接反映电池的可利用能量和工作能力,为电力调度提供调度依据,有效防止电池过充和过放,提高电池的使用效能,有助于提高储能系统并网的可控性、可靠性和稳定性。本文研究了磷酸铁锂电池在储能应用工况下的特性区间,提出基于电池特性区间的SOE估算方法,并在实验室进行了实验验证,具有较高的估算精度,为锂离子电池的SOE估算提供了一种新的思路,也为储能电池的高效管理提供了理论支撑。本文调研总结了国内外现有锂离子电池SOE算法的研究现状,并进行了对比分析。面向储能的实际应用工况,提出一种新的SOE估算算法来准确反映储能用锂离子电池的真实能量状态。本文以储能系统最常用的磷酸铁锂电池为研究对象,首先分析磷酸铁锂电池的技术性能特点,在特定温度和特定电流倍率条件下对电池充放电,提取电池的dV/dE微分曲线,再基于微分曲线参量提取电池特征曲线,根据储能电池OCV-SOE的变化特征对电池工作区间进行分析,划分锂电池的特性区间,得到需要估算SOE的区间范围;对电池SOE估算区间进行准确划分后,结合传统的SOE积分算法,提出基于电池特性区间的SOE估算算法,对电池SOE进行估算。最后基于之前提出的算法,以锂离子电池储能系统(单体及3并16串模组)为实验对象,在实验室对电池组在不同倍率、温度和工况下进行特性测试,对所提出的SOE算法进行验证,进行总结,并给出下一步的研究方向和改进方案。由于不同电池类型、不同运行工况下的OCV-SOE曲线变化规律不相同,它们的识别区和电压稳定区各不相同,本文提出的识别区和电压稳定区适用于磷酸铁锂电池20℃C以0.2C恒电流放电的工况,当电池类型及电池运行温度、充放电倍率改变时,需重新划分标定特性区间。