关键词： 磷酸铁锂电池组   一致性   电池模型   双kalman滤波器  

摘要： 磷酸铁锂电池由于自身的性能特点受到广泛关注和应用,是目前电池界竞相开发研究的热点。为了掌握电池组特性以及解决电池组的安全和延长使用寿命,有必要对电池组的性能作深入的研究,为电池管理系统提供依据。本文主要从磷酸铁锂电池组信号采集、电池组的放电特性、一致性和状态估计方面开展研究。主要研究内容如下： 设计了电池组的单体电压、总电流及温度的采集模块。采用业界首款多节电池监控芯片LTC6802从高共模电压中抽取一个小幅差分电压,并利用芯片提供的相关联MOSFET开关,设计了被动均衡充电电路。信号采集精度达到设计要求。 对电池组进行放电和一致性特性分析。串联的10节电池组在不同SOC下进行了不同倍率的恒流放电的试验,考察了放电电流大小对电池性能的影响,同时研究了SOC对电池性能的影响。试验表明磷酸铁锂电池组放电过程中有一个很平稳的放电平台且在低SOC状态下有一定的大倍率放电能力；放电能量效率随SOC增大而增加,随放电倍率增大而减小；大倍率放电性能较其他电池好。110节串联的磷酸铁锂电池组在无施加电流和施加电流时单体电池总体上成正态分布,实现了利用统计学原理对故障电池进行初步有效的诊断功能。 利用双kalman滤波器对电池组进行状态估计。在单体电池SOC定义的基础上先对电池组的SOC作了分析,结合试验建立了电池组的开路电压模型、工作电压模型和放电效率模型。为了分离大电流对电量损失的影响,利用二阶段放电试验建立放电效率模型。由于电池组在一定情况下可以等效为单体电池,利用安时计量法和双卡尔曼滤波估算了电池的SOC,在一致性误差系数相关函数的基础上对电池组SOC作了定性上的分析。

关键词： 磷酸铁锂   熔盐法   正极材料   锂离子电池   掺杂  

摘要： 磷酸铁锂由于具有环境友好、资源丰富、价格便宜、稳定性好和理论容量(170 mAhg-1)高的优点,被认为是最具有发展前景的锂离子电池正极材料之一,尤其适合用作动力电池正极材料。由于本征电导率和锂离子扩散系数低的缺点,大倍率充放电时实际可逆放电容量低,阻碍了它的商业应用。针对其缺陷,本文探索了磷酸铁锂制备的新方法——熔盐法,旨在控制磷酸铁锂的形貌,降低合成温度,减小其晶粒尺寸,缩短锂离子扩散距离,最终改善材料的电化学性能。在此基础上,通过少量的镁对锂位和铁位进行掺杂,提高材料本征电导率和离子扩散速率的方法来改善材料的电化学性能。主要获得以下结论: 1.采用TG-DSC对前躯体进行热重差热分析,并对合成条件进行优化,确定了在600℃煅烧12h制备磷酸铁锂最佳工艺。 2.采用XRD、SEM和TEM对所合成的材料进行结构和形貌进行表征,结果表明在采用熔盐法制备的磷酸铁锂材料物相为橄榄石结构、其晶型发育完整;颗粒均匀,呈类球形,尺寸在200nm左右;无定型C均匀分布在磷酸铁锂颗粒之间。 3.充放电性能测试结果表明在600℃下,锂钠比为1:4,煅烧12小时条件下制备的材料在0.2C和0.5C倍率下最高放电容量分别达到144.6 mAh·g-1和122.3 mAh·g-1,并具有良好的循环性能;采用循环伏安和交流阻抗对制备的材料进行测试,结果表明磷酸铁锂的锂脱嵌反应为可逆氧化还原反应,该电化学反应受锂离子扩散控制,材料的电荷转移电阻Rct仅400?。 4.研究了镁含量,烧结时间,烧结温度对磷酸铁锂的物理和电化学性能影响,在600℃下煅烧8小时制备磷酸铁锂材料具有良好的充放电和循环性能。锂位掺杂镁为6%时以0.1C,0.2C,1C首次放电容量分别达到131.0 mAhg-1、120.4 mAhg-1和109.3 mAhg-1,二十次容量为108.3 mAhg-1;铁位掺杂镁为3%时以0.1C,0.2C,1C放电容量分别达到150.3 mAhg-1 ,141.1 mAhg-1 ,115.1 mAhg-1,并具有良好的循环性能。循环伏安测试表明镁对掺杂提高了材料的可逆性,降低了材料的极化,交流阻抗测试得出锂位和铁位掺杂材料的电荷转移电阻Rct分别为450?和500?,锂离子的扩散系数分别为8.5748*10-17m2s-1和9.0275*10-17m2s-1。

关键词： EV   动力电池管理系统   SOC   CAN  

摘要： 本研究的目的是设计动力电池管理系统,对磷酸铁锂动力电池进行监测、动力电池模组的荷电态(SOC)估计。 根据整车技术要求,通过电池单体和模组电池的试验确定电源系统的结构、动力电池管理系统的软硬件结构与功能;遵照SAE J1939协议分配网络节点;按照时间触发(TTCAN)协议设计报文结构。借助Kvaser提供的库函数设计图形界面软件,分析总线产生错误帧和造成丢失帧原因;设计电压与温度为隶属函数的模糊逻辑算法,用Mamdani法对SOC进行反模糊化输出;通过整车路试测试动力电池管理系统的功能与抗干扰性;通过二种方式验证SOC估计的准确性。 本论文是一篇应用研究论文,做到了硬件低成本、开发周期短等目标,改进了SOC的估计算法。路试数据证明,系统具有可靠性高、准确度高、维护简单等特点,可以满足纯电动大巴应用要求。

关键词： 磷酸铁锂   产业化   正极材料  

摘要： 由于化石能源的不断枯竭和环境污染的日益严重,发展可替代能源和节能减排已是大势所趋。太阳能、风能等新能源以及电动汽车、混合动力汽车已经在全球范围内掀起高潮。锂离子电池作为电动汽车的核心电源和太阳能、风能的储能电

关键词： 制备方法   介孔氧化铝   磷酸铁锂   前驱体   正极材料   微米结构   专利技术  

关键词： 电动车   电池   性能  

摘要： 目前电动车正在成为汽车发展的潮流,电池无疑是影响电动汽车发展的一个重要因素,本文对当下两种电动汽车电池的性能、特点等方面进行了比较研究.

关键词： 电动汽车   磷酸铁锂   智能电池系统   控制策略  

摘要： 为了应对能源危机,减缓全球气候变暖,许多国家都开始重视节能减排和发展低碳经济。电动汽车因为采用电力进行驱动,可以降低二氧化碳的排放量甚至实现零排放,所以得到各国的重视而迅速发展。磷酸铁锂电池因其寿命长、安全性能好、成本低等优点成为电动汽车的理想动力源。 本文研究了磷酸铁锂电池的工作原理和特性,针对这些特性分析了磷酸铁锂电池在电动汽车上使用时需要解决的一些问题。在此基础上,研究了磷酸铁锂电池的SOC估算与修正策略、均衡控制策略、热管理策略、放电控制策略和充电控制策略。最后,将磷酸铁锂电池和电池管理系统结合在一起,研究了智能电池系统的实现形式。硬件上设计了较为完善的结构和电路,软件上嵌入了针对磷酸铁锂电池的控制策略。智能电池系统内部对电池进行高效测量、管理和保护,对外提供完整的电池信息,对充放电进行有效控制。 本文研究的智能电池系统在北京市纯电动环卫车上得到运行,结果表明本系统能够保证电池组安全、可靠的使用,保证车辆稳定的运行。

关键词： 磷酸铁锂   循环伏安法   分光光度法   钍试剂  

摘要： LiFePO4是有序规整的橄榄石型结构,属于正交晶系,空间群为Pmnb,是一种稍微扭曲的六方最密堆积结构。晶体由FeO6八面体和PO4四面体构成空间骨架,P占据四面体位置,而Fe和Li则填充在八面体的空隙中,Li+具有一维可移动性。充放电过程中可以可逆的脱出和嵌入。放电时,Li+从氧原子八面体中心位置嵌入,充电时Li+脱嵌过程则正好相反。 本论文应用扫描循环伏安法,研究自制LiFePO4材料在LiNO3水溶液体系中的脱/嵌锂过程,该扫描曲线是一个完整的、闭合的氧化/还原峰曲线,峰型尖锐,说明LiFePO4材料在水溶液体系中具有电化学可逆性。数次循环后,容量衰减。 本实验中使用不同的导电材料做集流体,如不锈钢网、Pt片等,用不同的水溶液介质,如LiNO3、Li2SO4等溶液,对LiFePO4材料在锂离子水溶液进行循环伏安测试。实验证明,不同的集流体材料、不同的水溶液介质对LiFePO4材料在锂离子水溶液介质中的嵌/脱锂过程无明显影响,说明LiFePO4材料可以作为从锂离子水溶液中提锂的材料。 对LiFePO4材料在LiNO3水溶液中进行恒电位嵌锂,对嵌锂后的LiFePO4材料进行恒电位脱锂,将嵌入材料中的Li+释放到去离子水溶液中,以分光光度法测定其中Li+的吸光度。对照标准Li+吸光度～浓度(g/L)曲线,根据关系式A = abc,计算出其Li+浓度,与LiFePO4材料的最大嵌锂量相比,计算出LiFePO4材料的初次嵌锂效率。LiFePO4材料的初次嵌锂率为35.30%,初次嵌锂量为12.80mg/g,第二次嵌锂效率为25.50%。说明LiFePO4材料可以作为含Li+水溶液的嵌锂材料进行提锂,但是提锂效率低。 按照上述操作,对同一LiFePO4材料进行数次嵌/脱锂,其嵌锂量衰减,可能是由于:一,LiFePO4材料在溶液中长时间浸泡,少量溶解,二,LiFePO4材料与集流体接触不够紧密,不利于电荷传递。 以LiFePO4材料对贫锂离子水溶液嵌锂,将嵌入的Li+释放到去离子水中,将数次嵌入的Li+释放到同一去离子水中,得到富锂离子水溶液,实现了Li+的富集。 本实验采用分光光度法测定水溶液中Li+含量。加入1.0mL 0.02%钍试剂作为显色剂;加入7.0mL丙酮作为显色介质;加入20.00%的KOH 0.2mL,调节显色所需的强碱条件;去离子水定容至10.0 mL;测量波长为486nm,络合40min,测定出Li+吸光度。

关键词： 锂离子电池   荷电状态   磷酸铁锂   离子掺杂   喷雾干燥  

摘要： LiFePO4由于价格低廉、热稳定性非常好、安全性高和无污染的优势使之有望在动力型锂离子电池中获得应用。 本文针对磷酸铁锂电池的充放电平台平稳,不容易确定电池荷电状态（State Of Charge）,通过在磷酸铁锂中掺入多种元素,利用不同元素材料在充放电过程中产生不同的电压平台来表征充放电程度。 XRD和充放电测试显示金属离子Mn2+掺杂产生了新相LiMnPO4,在4.1V左右增加一个充电平台,而金属离子Ti~(4+)掺杂由于生成了含钛氧化物,在2.6V左右出现了放电平台,随着锰和钛掺杂量的增加平台长度也随之增加,同时过多的掺杂量并没有影响材料的比容量。这个特点可以作为电池充放电状态检测的依据,即SOC的判断,以防止电池的过充和过放。实验结果还表明Mn2+掺杂材料具有优良的循环性能和高倍率性能。对其进行恒流充放电测试显示材料具有良好的循环精度。金属离子Ti4+掺杂也改善了材料的电化学性能,在0.1C下首次充放电比容量约为150 mAh/g左右,以0.2C循环30次容量基本不衰减。 Zr4+掺杂材料循环性能优良,在0.2C下循环30次容量保持不变,在大电流下充放也能具有优良的循环性能。而大电流测试显示少量的锆元素掺杂能极大地改善材料的高倍率放电性能,LiFe0.95Zr0.05PO4/C在8C时放电比容量为83.1mAh/g,占实际比容量的56.5%。 本文采用高温固相法结合喷雾干燥来控制颗粒形貌和尺寸,制备出两种不同尺寸（0.5μm与1μm）的LiFePO4正极材料,并对其循环性能和倍率性能进行了相关研究。实验结果显示小颗粒的样品由于颗粒细小,极化度较小,具有良好的循环性能和倍率性能。

关键词： 磷酸铁锂电池   电池管理系统   电池组均衡   DSP   恒压恒流  

摘要： 随着科技的发展和节能环保的迫切需求,新能源成为各国能源战略的重要发展方向。锂离子电池作为节能环保的标志之一,应用在电动汽车、后备式电源(UPS)以及光伏逆变器等设备中,为这些工业应用提供便捷和功率要求。针对这一现状,本文以锂离子动力电池组为研究对象,充分考虑电池单体及成组技术的差异,设计了8节动力电池组管理系统, 本文首先详细地学习了磷酸铁锂电池的结构,充放电特性、充放电方法以及电池剩余容量(SOC)估算方法。结合实际应用需求,确定了部分系统的设计方案。然后提出了以TMS320F2812为控制核心的整体设计方案。论文具体分析了系统需求,设计系统的各个部分功能,分为硬件设计和软件设计部分。 硬件设计部分:详细介绍了DSP核心控制系统的电源供电、时钟复位、AD采样以及通信机制等功能后,把控制核心外围电路划分为4个大的模块:充电单元模块采用单片开关电源设计,为整个电池组提供能量来源;检测模块是整个系统的前端,主要负责检测电池的温度、电压和电流,为估算电池组的SOC提供数据依据;保护模块是整个电池组充放过程安全工作的保证,为整个研究提供安全机制;均衡模块是实现均衡的重要手段,提出的奇偶均衡模块在保护机制的限定范围内,最大限度地实现了均衡功能,为提高电池组使用效率、延长电池组寿命提供了良好的策略。最后根据系统需求进行了抗干扰和低功耗设计。 软件设计部分:采用嵌入式增强型C语言编写,模块化程序设计,运用TI公司提供的程序结构和调度机制分别完成各个模块的算法实现,并给出相应的流程图。结合TMS320F2812的看门狗模块及软件抗干扰技术,设计了相应的软件滤波算法,确保软件系统的合理性和稳定性。 最后,运用一个BUCK变换器实现充电过程恒压恒流控制,完成电路板的研制,并进行系统硬件和软件集成调试,实验结果表明,本系统基本实现了预期的需求,奇偶均衡策略效果良好,满足了锂离子电池管理系统的应用需求。