关键词： LiFePO4电池   SOC   扩展卡尔曼滤波法   电池等效电路模型   电池平衡  

摘要： LiFePO4电池作为各类锂离子可充电电池中的最具潜力的储能电池,具有低成本、安全、优良的循环特性以及大容量等突出优点,具有很强的商业开发价值。由于生产过程中材料和工艺等因素的差别,使得对单体电池的荷电状态(SOC)和整组电池的SOC的预估往往存在较大的差异,这种差异长期累积会降低电池组的使用寿命。因而设计电池组管理系统降低差异造成的影响具有重要意义。本文重点研究电动车LiFePO4电池系统的能量管理。 1.本文通过对比分析各SOC预估方法,确定扩展卡尔曼滤波法作为预估LiFePO4电池SOC的方法。深入了解扩展卡尔曼滤波法的突出特点以及实用性,基于电池系统应用的目的下,对扩展卡尔曼滤波法进行推算和分析,确保理论上的合理性,得到扩展卡尔曼滤波法准确运算过程和方程表达式。 2.为了仿真模拟LiFePO4电池外特性,根据LiFePo4电池的端电压和电流等外特性实验数据,搭建LiFePO4电池等效电路最优模型。对电动车运行实验进行设计,在TOYOTA电动车上使用两组LP44147132AB型号LiFePO4电池,在平缓的路面启动运行,并由此得到LiFePO4电池组中单体电池的端电压和电流等真实运行数据。利用运行实验端电压和电流与时间等数据,得到单体LiFePO4电池的开路电压(OCV)和电流。然后将OCV和电流作为仿真的参考数据,根据扩展卡尔曼滤波法和最小二乘法,通过拟合仿真数据和实验数据,得到等效电路模型中的参数,拟合得到的参数以及搭建的电池模型良好地反映实际电池状况。 3.采用电池主动平衡法,设计电池能量管理模块,利用MATLAB平台搭建的LiFePO4电池模型,估算电池的SOC,同时协调硬件电路和软件,搭建系统管理平台。设计对比实验,分别进行具有平衡控制电路模块和没有平衡控制电路模块的实验,得出对比实验结论分析。 对比实验结果表明,具有平衡控制电路模块的电池组具有更长的运行时间,更多的功率输出和更集中的输入输出特性,受控电路电池的利用率提高,电池的输出功率增加。

关键词： 磷酸铁锂   碳热还原   复合碳源   金属离子   石墨烯  

摘要： 近年来,工业化进程加快,各行业对能源需求量也随之增大,同时,人们对能源的要求越来越趋近于低碳、节能环保。锂离子电池是新型的绿色能源电池,具有优良的性能,如工作电压高、能量密度高、可重复充放电和无记忆效应、寿命长、自放电小、环境友好等优点,使其受到科研工作者的持续关注与研究;而锂离子电池正极材料的研究是锂离子电池开发中的重要部分,由此人们对正极材料的研究也十分热衷。橄榄石结构的磷酸铁锂（LiFePO4）以原料来源广泛、无吸湿性、无毒、对环境友好、理论比容量高（170mAh/g）、工作电压适中（3.45V ***+/Li）等优点成为最具潜力的锂离子电池正极材料。本论文首先以三氧化二铁为铁源,乙炔黑和葡萄糖为碳源和还原剂,采用碳热还原法制备LiFePO4/C正极材料。通过SEM、XRD、Raman和恒流充放电等分析测试手段,研究不同混合比例的葡萄糖和乙炔黑为还原剂和碳源,对LiFePO4/C正极材料的物相、形貌和电性能的影响。结果表明,当葡萄糖和乙炔黑的混合比为1:1时,LiFePO4/C正极材料的性能最优,在0.1C倍率下的放电比容量为152.5mAh/g。随后,以不同含量的钾元素对磷酸铁锂的锂位掺杂,制备Li1-xKxFePO4（x=0,0.01,0.02,0.03,0.04）正极材料;不同含量的锰元素对磷酸铁锂的铁位掺杂,制备LiFe1-yMnyPO4（y=0,0.01,0.03,0.05,0.07）正极材料。通过SEM、XRD、拉曼和恒流充放电等分析测试手段,研究金属离子掺杂对磷酸铁锂正极材料的物相、形貌和电性能的影响。结果表明,当x=0.03时,锂位掺钾的磷酸铁锂正极材料性能最优,在1C倍率下的放电比容量达到124.3mAh/g;当y=0.03时,铁位掺锰的磷酸铁锂正极材料性能最优,在1C倍率下的放电比容量达到129.9mAh/g。最后,将Li0.97K0.03FePO4正极材料和石墨烯复合,制得Li0.97K0.03FePO4/石墨烯复合材料。通过SEM、XRD、XPS、Raman和恒流充放电等分析测试手段,研究石墨烯对磷酸铁锂正极材料物相、形貌和电性能的影响。结果表明,Li0.97K0.03FePO4正极材料与石墨烯复合后,性能有很大的提升,Li0.97K0.03FePO4/石墨烯复合材料在10C倍率下的放电比容量可达到90.55mAh/g。

关键词： 磷酸铁锂电池   剩余电量   PNGV电池状态模型   在线估算系统   纯电动汽车  

摘要： 在电池管理系统中,电池电荷状态SOC(State of Charge)是一个非常重要的参数,不仅可以反映电池的剩余电量,还可以通过SOC估算续航里程,所以对纯电动汽车的发展具有重要意义。因为SOC不能直接测量获取,并且电池的工作环境复杂,工作特性呈现高度的非线性,同时SOC估算还受到电池电压、温度、充放电电流和测量传感器的精度等多个因素的影响,所以,要精确的估算SOC非常困难。本文针对磷酸铁锂电池的SOC估算问题,主要研究内容如下:　　(1)通过分析国内外SOC估算技术研究现状以及存在的不足,根据不同方法之间存在各自的优缺点,得出单一的估算方法不能准确的估算出SOC,通过多种方法的结合才能更好的估算出SOC。根据SOC估算与模型之间的关系,验证PNGV模型能够比较准确的反映出磷酸铁锂电池的特性,建立了磷酸铁锂电池的PNGV数学模型,同时进行PNGV模型参数辨识。　　(2) SOC估算算法实现。电池SOC估算系统是高度非线性的,通过对扩展卡尔曼滤波(EKF)与无迹卡尔曼滤波(UKF)的比较,得出UKF在估算SOC方面优于EKF。论文结合多种算法的优点,提出了基于PNGV模型的一种UKF与开路电压联合估算方法。通过ARBIN电池测试柜测得实际电池参数,再由Matlab对UKF与开路电压联合估算方法进行仿真。仿真结果表明,UKF与开路电压联合估算方法精度高,自寻真值时间短,估算稳定。　　(3)软硬件实现。使用TMS320F28335对信号采集以及SOC估算软硬件实现,并通过上位机软件LabVIEW进行相应数据显示。实验验证了本方法具有一定的实用性和实际可行性,且实际估算的SOC精度高。　　本文的创新点:　　(1)建立电池模型。通过PNGV模型与安时法的结合建立磷酸铁锂电池模型,模型结构简单易实现,并能够反映出磷酸铁锂电池的动态特性。　　(2) UKF与开路电压联合估算方法实现。启动电池管理系统时,由开路电压估算出SOC值作为UKF估算初值,减少UKF估算时间,再通过UKF对SOC进行估算,估算出的SOC精度高、误差小。

关键词： 电池   负极   MnO   电化学性能   电池性能   VRLA   正极材料   PEMFC   磷酸铁锂   正极板栅   目录   检索工具  

关键词： 锂电池   磷酸铁锂   高温固相还原   碳包覆   Na掺杂  

摘要： 橄榄石结构LiFePO4以其原料来源广、热稳定性强、无毒、循环性能优良、理论比容量高等特点一经问世便得到人们的广泛认可,并且顺应了社会对新能源和环保的追求,成为最具有开发意义和发展前景的新一代锂离子电池正极材料。然而由于LiFePO4自身存在的锂离子扩散速度慢和导电性能差等不足,很大程度上限制了其商业化进程。 本文采用高温固相还原法制备LiFePO4/C和Na1-xLixFePO4复合正极材料。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等技术对样品进行微观结构和形貌分析,采用恒流充放电技术对样品进行电化学测试。 首先,以FePO4为铁源,Li2CO3为锂源,分别以葡萄糖、柠檬酸、聚丙烯为碳源,采用高温碳热还原法合成LiFePO4/C复合材料。通过一系列对比试验确定了反应的最佳球磨时间为：12h,最佳煅烧时间为：11h,以及最佳煅烧温度是700℃。对比了水和乙醇两种分散剂对材料性能的影响,发现乙醇作为分散剂制备LiFePO4/C有较好循环性能和倍率性能。 为一步实现LiFePO4的碳包覆和金属掺杂,利用聚丙烯酸钠同时为碳源和Na源。该方法制得的样品有较好的电化学性能,0.1C倍率下首次放电比容量可以高达168mAh/g,接近理论比容量170mAh/g,并且循环性能良好,50次循环放点保留比容量为155mAh/g,为首次放电比容量的92.3%。该方法原料来源广泛廉价,反应条件温和可控,并且工艺相对成熟,具有较好的发展前景。

关键词： 锂离子电池   正极材料   负极材料   流变相法   水热法   静电纺丝法  

摘要： 本文以锂离子电池正极材料LiFePO4和负极材料WO3、MoO3以及MoO2为研究对象,对这几种材料的合成、改性及电化学性能等进行了研究。具体研究结果如下： (1)以Fe(NO3)3·9H2O和NH4H2PO4为原料,采用液相沉淀法合成磷酸铁(FePO4·2H2O),发现不同比例的Fe、P比对合成的FePO4·2H2O样品形貌有一定的影响。然后采用具有为微米球形结构的磷酸铁和Li2CO3为原料,用不同比例的葡萄糖为碳源,采用流变相法成功合成LiFePO4和不同碳含量的LiFePO4/C复合物。结果表明,合成的LiFePO4/C复合物具有良好的性能,在2.5V-4.2V电压范围进行充放电,当电流密度17mA/g时,以质量比为20%葡萄糖合成的LiFePO4/C复合物的首次放电比容量为133.68mAh/g,且循环性能非常稳定,经过50次循环后比容量137mAh/g。 以FeSO4、NH4H2PO4为原料,采用液相沉淀法合成出前驱体磷酸亚铁(Fe3(PO4)2·8H20)。分别用分析纯Fe3(PO4)2·8H2O和合成的Fe3(PO4)2·8H2O与Li3PO4反应,用不同比例的葡萄糖为碳源,采用流变相法分别合成LiFePO4-1、LiFePO4-2和不同碳含量的LiFePO4/C-1和LiFePO4/C-2复合物。结果表明：两种原料分别合成的LiFePO4/C均以质量比为20%葡萄糖合成的LiFePO4/C-1-20和LiFePO4/C-2-20复合物的电化学性能表现最好,当电流密度为17mA/g时,LiFePO4/C-1-20和LiFePO4/C-2-20均具有较高的初始比容量(分别为154和137.74mAh/g)和良好的循环性能,在50次充放电后,容量分别保持在151.6和136.9mAh/g。 (2)以钨酸铵((NH4)10H2(W2O7)6)、草酸(H2C2O4)为原料通过水热法合成W03,并以不同比例的葡萄糖为碳源合成W03/C纳米棒复合物。结果表明：W03/C纳米棒复合物与纯W03相比,包覆碳后样品的初始放电比容量和循环性能都有所提高,尤其是样品W03/C-10的电化学性能最好,在50mA/g的电流密度下,初始放电容量为998.82mAh/g,经过50次循环后比容量仍有631.25mAh/g。 (3)以四水合钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O)、草酸(H2C2O4·2H2O)为原料,通过水热法合成MoO2微米球。并研究了表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的添加对Mo02性能的影响。结果表明：两个样品形貌都是微米球,但在合成中,加入表面活性剂,使MoO2的颗粒更均匀,但颗粒变大。对其电化学性能进行了研究,实验发现：加入表面活性剂合成的MoO2-CTAB,其初始放电比容量显著提高(MoO2为783.237mAh/g,而MoO2-CTAB为1009.34mAh/g),但是循环性能却明显变差。对样品MoO2-CTAB进行碳包覆处理,以不同比例的葡萄糖为碳源合成MOO2-CTAB/C复合物。结果表明：包覆碳后的MoO2-CTAB/C样品初始放电容量和循环性能都有所提高,尤其是样品MoO2-CTAB/C-30表现最好,初始放电比容量为1216.45mAh/g,经过50次循环后容量仍有519.82mAh/g。 以钼酸铵(NH4)2MoO4)、聚丙烯腈(PNA)为原料,以二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,在一定条件形成溶胶,通过静电纺丝法分别合成前驱体,在不同空气和氩气气氛中加热,合成MoO3纳米片和MoO3/C纳米丝。研究其电化学性能,结果表明：在电流密度40mA/g时,MoO3/C首次放电比容量为1550mAh/g,虽然纯MoO3纳米片首次放电比容量相对MoO3/C要高一些(1560mAh/g),但在循环过程中,比容量损失很明显。MoO3/C的循环性能表现非常稳定,经过100次循环后容量仍有710mAh/g。即使是在在大电流密度下(800mA/g)充放电时,100次循环后容量仍有280mAh/g。是有潜力的负极材料。

关键词： 磷酸铁锂电池   快速充电技术   快速充电方法  

摘要： 本文基于磷酸铁锂电池，介绍了磷酸铁锂电池作为电动车电池的优点，详细介绍了各种基于磷酸铁锂电池的快速充电技术。

关键词： 磷酸铁锂   蓝光   热工技术   推板炉   有限公司   咸阳   陕西  

摘要： 磷酸铁锂配套生产线磷酸铁锂配套工艺专业于磷酸铁锂的反应烧制公司简介本公司主要从事热工技术装备的研究、开发及制造、销售,研制开发的粉体煅烧电热回转炉、小型实验回转炉、电热推板炉、全气氛钢带炉等主要运用于电池材料（包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等）、稀土深加工、催化剂、磁性材料等的烧制。设备经不断完善创新,各项性能稳居国内外前列。***-Co系列回转式气氛保护炉温度:50—980℃;氧含量:0.23PPM:耗气量:3m;/h:转速;回转管（物料旋转）转速可调。整个设备节能指标和密封指标达到世界先进水平。

关键词： 磷酸铁锂   三氧化二铁   四氧化三铁   四氧化三钴   锂离子电池  

摘要： 锂离子电池作为一种新型的的能量储存装置,具有携带方便、安全性能高、高性能等明显优势,因而在携式电子设备、电动交通工具等诸多领域已得到了广泛应用,其需求量也日渐增大。在此背景下,大量研究人员投入到锂离子电池相关材料的研究与开发之中。目前,商业化的锂离子电池正极材料如磷酸铁锂(LFP)已得到社会的普遍认可,但其也有振实密度低、倍率性能差等缺点,限制了其性能的提升及广泛的应用。另一方面,目前商品化锂离子电池所广泛采用的负极材料石墨具有过充稳定性差,比容量低,安全性差等缺点。为此,我们提供一些新材料和思路改善这些缺点。本论文主要研究了多孔球形LFP正极材料、铁系负极材料和具有特殊形貌C0304的制备及电化学储锂性能测试。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)、热失重(TG)、XPS、EDS和电化学测试等方法对材料进行物理/化学性质和电化学性能进行了表征。在本论文中,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)、热失重(EG)、XPS、EDS和电化学测试等方法对材料的物理/化学性质和电化学性能进行了表征。 1.通过无模板低温溶剂热法成功制备单分散性的LiFePO4(LFP)微球,粒径范围主要分布在1-4μm。LFP微球是由大量纳米粒子组装而成,其内部形成开放的三维互连的多孔结构。基于上述结构优势,LFP微球电极材料表现出较高的振实密度(1.5g cm-3)和良好的高速充放电性能,在5C倍率下其储锂容量高达109mAh g-1,在10C倍率下其比容量仍然能够保持在99mAh g-1,并且显示了良好的循环稳定性。 2.我们用水热法制备了W掺杂的Fe3O4(Fe3O4-W),并通过XRD、TEM和XPS检测手段证明W6+的掺杂增大了Fe304的晶格并提高其氧化态。其中Fe2+和Fe3+交互影响被W抑制,使其磁性降低。由于W掺杂增大了Fe304的晶格常数,在一定程度上能够阻碍Fe在反复充放电循环时的团聚,因此Fe3O4-W获得了更高的可逆容量和更好的循环稳定性。 3.我们巧妙的利用苯胺原位聚合法制备了聚苯胺包覆的SnO2-Fe2O3复合材料,并通过高温处理将其转化为碳包覆纳米SnO2-Fe2O3复合材料。利用这一合成路线,苯胺在SnO2-Fe2O3粒子表面的聚合能够防止其进一步长大,从而获得纳米级别的聚苯胺包覆SnO2-Fe2O3粒子；热处理过程中聚苯胺原位转化为无定形碳,能够有效阻止高温处理所导致的粒子团聚,并原位形成了碳包覆的SnO2-Fe2O3纳米颗粒；聚苯胺碳化形成三维碳网络结构,保证充放电过程中电子的快速移动。SnO2-Fe2O3@C的独特结构有效地提高了其电化学性能,实现二氧化锡储锂反应的的完全可逆。本实验制备的复合材料,在400mA g-1的充放电电流密度下,经过380次充放电后其容量可保持在1000mAhg-1以上,同时其表现出良好倍率性能,将是锂离子电池新一代负极材料的绝佳候选。 4.通过溶胶凝胶法制备均一介孔Co3O4八面体锂离子电池负极材料。这个有趣的纳米结构继承了各向异性形态结构稳定性和多孔特征的优点,可以起到在充放电循环中缓冲体积变化的作用,并且能够缩短锂离子和电子转移的路径,显现出了卓越的电化学性能。 5.我们用水热法和煅烧处理手段成功制备了介孔Co3O4纳米棒。得益于材料的一维和介孔结构特点,介孔Co3O4纳米棒表现出高可逆性、出色的循环稳定性和优异的倍率性能。在电流密度200mAg-1下经过260次循环后,产品容量仍高达1200mAh g-1。在1A g-1倍率下,经过280次循环后表现出490mAhg-1的容量。这使得介孔Co3O4纳米棒成为众多锂离子电池负极材料中很有前景的候选材料。

关键词： 磷酸铁锂电池   电池模型   参数识别   卡尔曼滤波法   SOC估算  

摘要： 随着人类活动的加剧和范围的逐渐扩大,许多新的问题由此产生。其中最应该引起人们关注的是日益严重的环境污染以及能源短缺问题。这两大问题,都迫切的需要我们找寻办法去解决。电动汽车以其独特的优势：节约能源和无污染引起了越来越多的关注,从上世纪70年来,西方发达国家已经投入巨资在电动汽车的商业化开发与应用。车载动力蓄电池是电动汽车的核心部分,它的工作状态和有效使用周期是我们关心和研究的重点之一,目前关于电动汽车的研究重心在如何延长电池使用寿命、提高电池使用性能和安全性,因此研究电池的相关技术很重要。电池模型可用于整车性能的仿真研究,亦可用于电池及电池管理系统的设计,有助于电池管理策略的仿真及验证。 由于SOC估算一直是个难题,也成为了现今制约电池管理系统发展的瓶颈,本文的研究重点在于SOC的估计。 本文首先介绍了磷酸铁锂电池的结构与工作原理以及相关的技术参数,然后根据激励-响应的方法设计了不同温度下锂离子电池HPPC实验,并对结果进行深入的分析,根据最小二乘法的辨识思想,对锂离子电池进行建模,并仿真验证,最后运用推广卡尔曼滤波法对电池进行SOC估计。