关键词： 动力型磷酸铁锂电池   电池管理系统   核电状态   信号采集  

摘要： 面临着日益突出的燃油供求矛盾和环境污染问题,世界各主要汽车产业强国纷纷加快了新能源汽车的研发步伐,电动汽车已经成为了汽车产业的发展方向。其中,电池是电动汽车必不可少的动力装置,而磷酸铁锂电池以性能上的优越性成为了动力源的首选。作为电动汽车的动力装置,对磷酸铁锂电池组的安全性、成本和续航里程等均有较高的要求。电池管理系统正是致力于研究提升动力电池组使用的安全性、可靠性和效率的关键技术之一。本文以由8个电池单体构成的50Ah磷酸铁锂电池组为研究对象,分析其机理,对其性能进行了测试。设计了一套以DSP为核心的电池管理系统,对电池工作状态进行监测,提高了电池荷电状态(State of Charge,SOC)估算的精度,增强了电池使用的安全性与可靠性。首先,对电池管理系统的研究现状进行了总结,对电池的特性进行了深入研究。通过对比不同SOC估算方法的优缺点,在原有BP(Back Propagation,BP)神经网络的基础上,提出了一种改进的粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)加以优化,提高了网络的SOC估算精度。其次,以TMS320F2812为控制芯片,对电池管理系统(Battery Management System,BMS)的硬件和软件电路进行了设计。根据系统要求,分别设计了电池状态信息检测电路、通信电路、均衡控制电路和保护电路等硬件电路。同时,完成了主程序设计、电池信息检测子程序设计、通信子程序设计、SOC估算子程序设计等。最后,对本文所设计的电池管理系统进行了整体调试。搭建了电池管理系统整体测试平台,对BMS的信号采集功能和通信功能进行了验证,通过设计实验,完成了电池管理系统均衡控制和SOC估算功能的测试。实验表明,本文所设计的电池管理系统信号采集精度符合管理系统的设计要求,各部分之间能够有效地进行通信,均衡控制和SOC估算有较好的效果。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   选择性浸出   化学沉淀   草酸   回收  

摘要： 近年来,随着电动汽车行业的极速发展,使得磷酸铁锂电池得到了更加广泛的应用,但同时也带来了全球锂资源供应严重不足,锂盐价格飞涨的现状。为缓解目前世界可用锂资源垄断格局、我国电动汽车行业发展中锂盐的爆炸性需求、以及将来电动汽车大规模报废阶段来临后,大量磷酸铁锂电池厄需处理等问题,对磷酸铁锂电池中锂、铁等有价金属进行有效回收则显得尤为重要。本文以废旧磷酸铁锂汽车动力电池为研究对象,首先对其进行了预处理及初步回收,依次通过放电、拆解、分离,以及稀碱浸泡等方式预处理分离出电池各个组分,初步回收得到纯度较高的铝箔、铜箔、正极活性物质等;之后分别采用草酸和硫酸体系对正极活性物质进行浸出实验,对浸出机理、浸出工艺进行了探究;最后使用化学沉淀法对硫酸体系浸出液中锂、铁的分离和回收进行了较为详细的研究。使用草酸溶液浸出在预处理阶段得到的正极活性物质,利用磷酸铁锂中Fe2+易与C2O42-形成FeC2O4·2H2O沉淀的原理,可在浸出阶段实现锂、铁的初步分离。在正极活性物质与草酸质量比2:3、反应时间120 min、反应温度25℃、液固比6 mL/g、搅拌速度250 rpm的条件下,锂、铁的浸出率分别为100%和10.3%,浸出过程中可沉淀回收89.7%以上的铁;通过XRD分析确定了铁回收产物为FeC2O4·2H2O;通过SEM和化学分析确定了其形貌和主要成分;最后本文提出了两条草酸浸出的后续深度除杂和回收工艺。使用硫酸和双氧水体系浸出正极活性物质,结果表明,当硫酸浓度为2 mol/L、双氧水浓度为6 vol.%、反应温度60 ℃、反应时间120 min、液固比7 mL/g以及搅拌速度250 rpm下,锂、铁的浸出率分别可达100%和99.1%,并通过对不溶渣的XRD和SEM分析验证了浸出效果;之后使用化学沉淀法分离和回收硫酸体系浸出液（Li-Fe-P体系）中的有价金属锂和铁,结果发现,随着溶液pH值的升高,铁先以FePO4·2H20的形式沉淀,之后向Fe（OH）3转化。最终确定适宜的锂、铁分离条件为:在25℃下,以NaOH为沉淀剂,反应时间30min,pH值介于3.05-4.9时,铁以FePO4·2H2O的形式沉淀回收,沉淀率可达99.98%以上,锂损<2%;对铁分离后溶液进行浓缩后加入Na3PO4可将锂以Li3PO4的形式回收,一次沉锂率可达87.3%;最后对硫酸浸出-化学沉淀法分离工艺流程进行了验证。本文研究了草酸浸出法和硫酸浸出-化学沉淀法分离回收磷酸铁锂电池的工艺,可有效回收其中的有价金属,有望为后续研究和产业化提供参考和指导。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   一维传输   羟基磷酸铁   电化学性能  

摘要： 磷酸铁锂(LiFePO4)具有理论比容量高(170mAh·g-1).循环寿命长、热稳定性高、原材料储量丰富且环境污染小等优点,是一种富有发展前景的动力电池正极材料。LiFePO4也具有明显的缺点,例如振实密度较低和导电性能差等。LiFePO4振实密度一般只能达到1.3-1.5,是阻碍其在小型电池领域应用的最大缺点；而LiFePO4晶格中锂离子扩散系数小(10-8-10-10 cm2·s-1)的问题,可通过材料的微纳化以及添加导电剂等得到解决。在离子传输方面,理论计算与实验都已证实LiFePO4中的Li+沿正交晶系结构的[010]方向进行一维扩散,但是目前研究者尚未通过电化学层面的研究观测到这种一维通道。在降低LiFePO4生产环境需求方面,通过三价铁盐如磷酸铁(FePO4)及其衍生物的制备,避免LiFePO4在制备、储存和涂覆过程中的成本升高问题。本论文在主显(010)晶面LiFePO4中空六方片状颗粒和二水合羟基磷酸铁(Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O)的可控制备和结构表征的基础上；研究LiFePO4晶格中锂离子沿[010]方向进行的一维扩散现象,探究双功能性Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O的电化学储锂性能；具体如下：1.通过聚乙二醇(PEG)辅助的水热法,以比例为3：1：1的氢氧化锂(LiOHX硫酸亚铁(FeSO4)和磷酸(H3P04)为原材料,制备了两种具有不同尺寸空心内核的、主显(010)晶面的LiFePO4六方片状颗粒。作为锂离子电池正极材料,具有较小空心内核的微晶电极与具有较大空心内核的微晶电极相比,表现出了较高的可逆容量、较小的极化值、较小的电荷传输电阻和较大的锂离子扩散系数。此外,将主显(010)晶面的LiFePO4实心六方片状颗粒及其表面刻蚀衍生物的电化学性能作对比,可以证明：主显(010)晶面的LiFePO4中空六方片状颗粒的形成机制及其空心内核的存在对晶格中锂离子1D传输的阻滞现象。2.采用1,2-丙二醇与水混合溶液体系的溶剂热法,以FeCl3和H3P04为原材料在140℃反应48 h制备得到同时具有空心和实心两种内部结构的四方双锥状Fe5(PO4)4(OH)3-2H2O晶体。通过控制反应时间,在不同时间阶段得到相应产物并进行物相和结构表征,表明在溶剂热反应过程中首先生成圆片状FePO4·2H2O晶体,然后经溶解重结晶得到四方双锥状Fe5(PO4)4(OH)3-2H2O晶体。作为锂离子电池正极材料,在4.5-1.5 V电压区间以及50 mA·g-1电流密度条件下,四方双锥状Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O电极首次放电比容量为44.1 mAh·g-1,在200次循环后的放电比容量为70.8 mAh·g1,这是由该材料较差的电子传导率所决定的。而作为锂离子电池负极材料,在3.0-0.01 V电压区间以及500 mA·g-1电流密度条件下,四方双锥状Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O电极在600次循环后的放电比容量为591.6 mAh·g-1,具有较高的可逆储锂容量和较好的循环稳定性。

关键词： 锡掺杂   磷酸铁锂   充放电   比容量  

摘要： 用共沉淀法合成了不同锡(Sn)掺杂量的磷酸铁锂复合正极材料(Li Fe_(1-x)Sn_xPO_4/C)。对Li Fe_(1-x)Sn_xPO_4/C进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光粒度分析。使用蓝电系统和电化学工作站对Li Fe_(1-x)Sn_xPO_4/C进行了电化学性能分析。实验结果表明,Li Fe_(1-x)Sn_xPO_4/C具有与Li Fe PO_4(标准卡片83-2092)相同的单一橄榄石型晶体结构;锡的掺杂引起晶胞体积收缩,细化了粒径;3%Sn掺杂的Li Fe_(0.97)Sn_(0.03)PO_4/C样品的平均粒径为0.57μm,0.5C下放电容量为156.7 m A·h/g,50次循环后容量保持率为82.9%,这与其具有较小的电化学阻抗结果相吻合。

关键词： 磷酸铁锂电池   续驶里程   电池容量   同步电机   最大扭矩   最大功率   纯电动车   动力电池   能量转换效率   车  

摘要： 2015年6月份,全国主要纯电动轻客品牌,共计生产1427辆和销售1294辆。预期今年全年这十家纯电动轻客车企的销量能够达到2万辆左右,创近年来产销量新高。纯电动轻客新产品情况潍柴欧睿纯电动轻客潍柴欧睿EV63纯电动大VAN整车尺寸6005×2040×2632/2345。潍柴欧睿整车采用大容量磷酸铁锂电池,电池容量高达52kWh,一次充电续驶里程最高可达150km,最高时速控制100km/h。搭载永磁同步电机,最大功率达到100kW。

关键词： 磷酸铁锂   充电SOC   锂离子电池   循环寿命  

摘要： 考察不同充电SOC（荷电状态State of Charge的缩写）下的磷酸铁锂电池循环性能。实验结果表明：磷酸铁锂电池的循环寿命与SOC的变化规律与预期一致,均是随之着SOC的降低,循环寿命显著提升;如将100%SOC下的循环寿命定为1,则90%SOC为1.42,80%SOC为2.98,60%SOC为6.62,50%SOC为12.28,30%SOC为19.44;100%-30%SOC的相对寿命变化率可分为4个阶段,1阶段：100%-90%SOC,变化斜率0.42;2阶段：90%-60%SOC,变化斜率为1.56;3阶段：60%-50%SOC,变化斜率为5.66;4阶段：50%-30%SOC,变化斜率为3.58。

关键词： 供电系统   锂电池   磷酸铁   工作温度范围   应用   通信   电池管理系统   放电过程  

摘要： 磷酸铁锂电池在充、放电过程中，对应的锂离子在正负极之间来回的嵌脱，完成对负载的供电。磷酸铁锂蓄电池工作温度范围宽，没有记忆效应，绿色环保，比能量较高且具有大电流充放电能力。文中介绍了磷酸铁锂电池基本结构、工作原理、特点以及温度和间歇充电电压对磷酸铁锂电池的影响，并简述了电池管理系统、电池与开关电源的配套使用、初始安装和运行中的容量放电试验以及维护等内容。

关键词： 荷电状态(SOC)预测   神经网络   弹性径向基函数   神经网络结构优化  

摘要： 针对动力电池荷电状态的预测精度问题,提出基于遗传算法的弹性径向基函数神经网络动力电池荷电状态预测方法。该预测方法基于神经元的活跃度与神经元间的信息交互强度在线调整神经网络结构的大小,解决了径向基函数神经网络的结构调整影响荷电状态的预测精度问题。仿真结果证明,该方法比基于遗传算法的径向基函数神经网络的荷电状态预测结果精度更高,预测更加准确,能满足蓄电池管理系统对磷酸铁锂动力电池荷电状态预测的精度和实际使用的要求。

关键词： 电池安全   锂离子电池   动力电池   无记忆效应   循环寿命   自放电率   比容量   磷酸铁锂   国家电网公司   储能电池  

摘要： 在新能源汽车近年的发展过程中,除了遇到价格、续驶里程和基础设施建设等方面的困难,其所用动力电池的安全性也一直是新能源汽车发展的敏感话题和难题。

关键词： 光伏储能系统   磷酸铁锂电池   主动均衡   充放电曲线  

摘要： 针对独立式光伏储能系统中磷酸铁锂蓄电池组各单体电池容量的不一致问题，设计了储能电池组主动均衡方案。通过对各单体电池电压的实时监测，并结合电池的充放电特性曲线，对单体电池进行主动均衡管理，提高了蓄电池组的使用性能。最后在24V／100Ah磷酸铁锂电池组上进行实验样机验证，其测试结果表明该设计方案稳定可靠，电池电压采集精度高，有效地实现了各单体电池的容量均衡。