基于優(yōu)化極化電壓磷酸鐵鋰電池快速充電方法研究.pdf

1、本論文在國家自然科學(xué)基金(No.51675258,51261024,51075372)、江西省科技計劃項目(No.20141BBE50021)和電池制造企業(yè)（鷗瑞智諾能源科技(天津)有限公司）資助下，針對常用充電方法充電時間相對較長，充電效率和電能利用率低，以及存在的極化現(xiàn)象，影響充電速度和電池使用壽命等問題展開研究，課題研究主要包括以下內(nèi)容：
　　1、研究了磷酸鐵鋰電池在充放電兩種工作狀態(tài)下的OCV-SOC曲線、不同倍率充放電特

2、性、溫度特性以及充放電循環(huán)壽命特性。由研究結(jié)果可知，充電與放電過程的電池開路電壓存在差異，兩者的OCV-SOC曲線并不是完全相同的，建模時，需要考慮兩者對電池模型參數(shù)的影響；充放電初期和末期，電池開路電壓變化較快，中期相對緩慢；充電倍率越大，電池端電壓上升得越快，放電倍率越大，電池端電壓下降得越快，同時充放電倍率越大，端電壓變化率也越大，充放電過程電池充入和放出的容量越少；充電倍率越高，電池溫度上升得越快，并且隨著充電的進行熱量呈現(xiàn)累積

3、現(xiàn)象；磷酸鐵鋰電池使用壽命較長。
　　2、實驗分析充放電極化電壓和內(nèi)阻，發(fā)現(xiàn)充放電過程極化電壓近似相同，而歐姆內(nèi)阻卻相差較大，同時還是一個動態(tài)值，基于此，對傳統(tǒng)二階RC電池模型存在的不足進行改進，改進的模型充分考慮了充放電倍率、充放電方式、溫度與SOC狀態(tài)對模型的影響。由二階RC改進模型建立起極化電壓關(guān)系式，并討論了優(yōu)化極化電壓的方法。同時，還研究了極化電壓SOC區(qū)間特性、充放電極化電壓倍率特性、極化電壓時間常數(shù)、充電方式對極化電

4、壓影響特性、極化電壓溫度特性與極化電壓容量損失特性，研究結(jié)果可知，極化電壓在SOC低值端和高值端變化較大，中端變化較平衡；充放電的電流按倍數(shù)增加時，極化電壓并不會隨之增加相應(yīng)倍數(shù)，而是增加的倍數(shù)逐漸變?。煌籗OC點濃差極化電壓時間常數(shù)要比電化學(xué)極化電壓時間常數(shù)大得多，前者需要更長時間來消除；極化電壓具有滯后性和超調(diào)效應(yīng)；極化電壓越大，電池溫度越高；充電過程中，容量損失隨著極化電壓的增大而增大。
　　3、研究了停歇優(yōu)化極化電壓的S

5、OC區(qū)間特性和倍率特性，通過實驗分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)停歇時間在某個值內(nèi)時，停歇得到的極化降電壓與SOC區(qū)間無關(guān)；停歇時間在某個范圍值內(nèi)，停歇得到的極化降電壓與充電電流近似線性關(guān)系，基于此，建立起停歇時間、充電電流和極化降電壓三者的關(guān)系。此外，由研究結(jié)果可知，停歇時間要選擇合適，要既不影響充電的時間效率，又能夠很好的降低極化電壓。
　　4、研究了放電脈沖優(yōu)化極化電壓的SOC區(qū)間特性和倍率特性，通過實驗分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)放電脈寬小于某個值時，放電脈

6、沖得到的極化降電壓與SOC區(qū)間無關(guān)；放電脈寬在某個范圍值內(nèi)，放電得到的極化降電壓與充電電流并不呈現(xiàn)線性關(guān)系，而是出現(xiàn)不規(guī)律的現(xiàn)象，基于此，建立起放電脈沖幅值、脈寬和極化降電壓三者的關(guān)系。此外，由研究結(jié)果可知，放電脈沖的幅值和脈寬要選擇合適，既不影響充電的時間效率，又能夠很好的降低極化電壓。
　　5、提出了基于優(yōu)化極化電壓磷酸鐵鋰電池快速充電方法的充電模式，即階段升電流充電、優(yōu)化極化電壓大電流充電和新型階段降電流充電三階段充電模式。

7、實驗結(jié)果表明，階段升電流充電可以很好的優(yōu)化極化電壓，比0.5C標(biāo)準(zhǔn)充電充入更多的容量，同時，讓電池提前進入可以接受大電流充電階段；優(yōu)化極化電壓大電流充電階段，通過優(yōu)化極化電壓能效地減小極化電壓，從而減小電池溫升和電能損耗，同時充入更多容量；新型階段降電流充電，優(yōu)化極化電壓的效果明顯要比常規(guī)階段降電流充電要好，同時減小充電對電池的損害，延長電池使用壽命。
　　最后，將優(yōu)化極化電壓磷酸鐵鋰電池快速充電方法與標(biāo)準(zhǔn)充電、變電流間歇充電方法