新能源汽車是目前行業(yè)熱點,其技術核心是車用動力電池,而電池快速充電是一大難題。充電的限速步驟不在充電機而在電池自身,單純增加充電功率而不考慮電池對功率的接受能力將嚴重損害電池安全和壽命。因此,開發(fā)電池安全快充策略是突破充電瓶頸的關鍵。本文以大容量車用鋰離子電池為對象,從機理研究、模型構建與參數(shù)辨識、狀態(tài)觀測與優(yōu)化控制三個方面對充電安全問題進行剖析,最終開發(fā)了無析鋰快充策略。對充電濫用條件下電池衰減進行了研究和機理辨識,建立了集總參數(shù)降維負極電位估計模型,借助開發(fā)的穩(wěn)定內(nèi)部電位傳感器提出了基于電極分解和頻域分解的多階段集總電化學參數(shù)辨識方法�；诮稻S模型設計了負極電位觀測器及自適應時變電流安全快充策略,實現(xiàn)了電池無析鋰安全快充,并提出了無析鋰意義下的時間最優(yōu)充電策略。首先,研究了充電濫用下電池衰減機理,闡釋了負極析鋰反應機制。通過低溫加速壽命實驗,分析并總結(jié)了電池“非線性”衰減規(guī)律�；谠环治龊筒牧闲蚊脖碚鞅孀R了充電衰減核心機理為負極析鋰導致的活性鋰離子損失。針對衰減后的容量恢復現(xiàn)象,基于電壓微分和內(nèi)部電位信號,研究了鋰析出后的重嵌入現(xiàn)象,總結(jié)了完整的析鋰反應機制,明確了抑制析鋰的關鍵... 

【文章來源】：清華大學北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：169 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１動力電池發(fā)展歷程ｒａ??目前的動力電池市場已經(jīng)形成了鋰離子電池的霸主地位

?第１￥引言???９０????８０??７０?２０１８＾＂２０１９?／??Ｓ：?攤，☆年＿??２０１４??０????０?１００?２００?３００?４００?５００?６００??續(xù)駛里程（ｋｍ）??圖１．２?２０１４－２０１９代表性純電動車型續(xù)駛里程與電池包電量變化??４００?４００?３５０?２５０?９００??通訊協(xié)議?ＣＡＮ?ＣＡＮ?ＰＬＣ?ＣＡＮ?ＣＡＮ??主要地區(qū)中國等?曰本等?ＩＪ、北?全球?．中Ｍ等??丨ＥＣ６２１９６、ｌＥＣ６１８５１、?ＩＥＣ６２１９６、?．?ＩＥＣ６２１９６、??｜Ｅｃ６１８５１?ＩＥＥＥ２０３０．１?ＳＡＥＪ１７７２?７?ＩＥＣ６１８５１??？?ｉｔｍｄＷ??圖１．３各國充電標準??由ＳＡＥＪ１７７２委員會制定，２０１１年正式發(fā)布，得到了大眾、曳馬、奔馳、通用、??福特等歐美車企的支持。ＣＣＳ的特點是單一接ｑ同時支持交流和直流充電，其??中Ｃｏｍｂｏ?１和Ｃｏｍｂｏ?２可以分別看作對ＩＥＣ?６２１９６－２中Ｔｙｐｅ?１和Ｔｙｐｅ?２的擴展＆另??夕卜，為了與智能電網(wǎng)更好的兼容，使用了ＰＬＣ通訊協(xié)議。ＣＣＳ?１．０支持的充電功??率最大為８〇］＾＼￥，這一數(shù)字在（：￡５?２．０中被提離到了３５〇］＾＼￥。在正￡?６２１９６的基礎??上１中國制定了ＧＢ／Ｔ?２０２３４標誰，直流部分額定電壓不超過１０００Ｖ，額定電流不??超過４００Ａ。Ｔｅｓｌａ作為國際電動車標桿企業(yè)，在充電標準方面也獨樹一幟，采用單??獨的充電接口，可支持最大１２０１＾充電功＾｜１。最新一代的￥３．０超充系統(tǒng)則將這一??數(shù)字提高到了?２５０?ｋＷ。??６??

?第１拿弓丨言???安全充電區(qū)間內(nèi)。最后在實際電池中進行實驗測試，驗證充電策略效果。??１．２與本課題相關的研究綜述??１．２．１鋰離子電池充電耐久性與安全性衰減機理研究現(xiàn)狀??充電濫用往往會加速電池耐久性衰退ｓ電池的耐久性是電池使用壽命的指??標，電池使用時間越長，耐久性越好。電池的壽命包括存儲壽命（日歷壽命）和??循環(huán)壽命兩種。從實際應用角度，電池的壽命可定義為：容量衰減到其初始容??量８０％的時間或者循環(huán)次數(shù)。電池的存儲壽命一般較長，麗只有在高溫高ＳＯＣ下??才會有較明顯的容量衰減，這里主要討論充電造成的電池衰減，＿此不涉及曰歷??壽命＿。??除了耐久性問題，充電濫用還可能引發(fā)嚴重的電池安全問題。鋰離子電池面??對的安全性問題主要是熱失控，其定義為：由于機械濫用、電濫用或熱濫用等誘??因．，造成電池內(nèi)部各種材料相繼發(fā)生熱分解反應，放出大量的熱量，形成不可控??鏈式反應，使電池溫度急劇升高，如圖１．５為典型的熱失控鏈式反應機理。近年??來，隨著電動汽車的大規(guī)模應用＞?以熱失控為特征的鋰離子動力電池組的安全性??事故時有發(fā)生。熱失控發(fā)生時，通常伴有起火、＿煙甚至爆炸等現(xiàn)象，帶來人員??的生命財產(chǎn)損失。熱失控事故會打擊民眾接受電動汽牟的信心，并阻礙電動汽車??的普及。以防止熱失控發(fā)生為主要目標的鋰離子動力電池的安全管理是電動汽牟??發(fā)展應用過程中仍急需解決的問題。熱失控的誘發(fā)原因很多，充電濫用是一個籮．??要誘因。??溫度／°Ｃ?熱失控鏈式反應??１〇〇〇?ｎ?Ｆ??ｍ??５００?／??３〇０??１００?＾?？??〇?ｌａ?＾??圖１．５熱失控鏈式反應機理??１０??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]中國新能源汽車的研發(fā)及展望[J]. 歐陽明高.  科技導報. 2016(06)



本文編號：3223550