锂离子动力电池充电特性及优化控制技术研究

发布时间：2024-01-28 08:13

　　锂离子动力电池以其较高的比能量和比功率成为当今电动汽车的理想动力源,然而其复杂的工作特性和对使用工况的敏感特性使得电动汽车的充电性能很大程度上受到充电方法和充电环境的影响。在电动汽车充电过程中,由于电池充电性能的限制,充电时间、充电效率以及充电容量等充电需求相互矛盾,无法同时达到最优。因此,为了提升电池的综合充电性能表现,需要根据具体的充电需求来调整充电策略。同时,电池充电特性对环境温度变化较为敏感,特别是在低温环境下,电化学反应速率降低、参与反应的锂离子数量减少,造成充电内阻增加,充电容量减少,甚至会产生锂枝晶,造成内部短路,威胁电动汽车使用安全。而我国北方地区冬季环境温度低、持续时间长,电动汽车充电困难,严重阻碍了电动汽车的普及推广。因此,探索研究充电特性科学问题,突破并系统掌握充电优化控制关键技术,实现充电综合性能优化与低温适应性能提升,是解决我国电动汽车普及与推广难题的重要技术路径。针对目前电动汽车充电综合能效低、环境适应性以及安全性差等技术难题,本文重点研究锂离子动力电池在不同充电方式和环境温度下的充电时间、充电内阻以及充电容量的物理表现和演变规律等充电特性科学问题,攻克锂离...

【文章页数】：153 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 与本课题相关的国内外研究现状
        1.2.1 锂离子电池充电策略研究现状
        1.2.2 锂离子电池低温充电研究现状
    1.3 本领域存在的科学问题
    1.4 本文主要研究内容
第2章 锂离子动力电池充电外部特性研究
    2.1 引言
    2.2 锂离子电池测试系统
    2.3 锂离子电池充电特性实验
        2.3.1 充电参数实验
        2.3.2 环境温度实验
        2.3.3 内阻测试实验
        2.3.4 低温充电循环寿命试验
    2.4 锂离子电池充电特性分析
        2.4.1 充电时间特性
        2.4.2 充电内阻特性
        2.4.3 充电容量特性
        2.4.4 低温寿命特性
    2.5 本章小结
第3章 锂离子动力电池充电内部过程研究
    3.1 引言
    3.2 锂离子电池电化学-热耦合模型
        3.2.1 锂离子电池电化学模型
        3.2.2 锂离子电池热模型
        3.2.3 锂离子电池热电耦合模型
    3.3 充电工况下的内部过程仿真
    3.4 仿真结果与分析
        3.4.1 固相锂离子浓度分布
        3.4.2 液相锂离子浓度分布
        3.4.3 负极固、液相电势差
        3.4.4 充放电循环容量损失
    3.5 本章小结
第4章 基于改进迟滞电压模型的锂离子电池等效电路建模
    4.1 引言
    4.2 基于RDPM算法的迟滞电压建模
        4.2.1 Preisach算法基本原理
        4.2.2 基于RDPM算法的迟滞电压建模
        4.2.3 基于Everett方程的开路电压快速计算方法
    4.3 基于改进迟滞电压模型的等效电路型建立
    4.4 仿真与实验
        4.4.1 迟滞电压曲线测试
        4.4.2 Preisach分布函数辨识
        4.4.3 递归Preisach算法有效性验证
        4.4.4 改进算法的稳健性分析
        4.4.5 不同算法迟滞电压建模结果对比
        4.4.6 基于改进迟滞电压模型的等效电路建模实验验证
    4.5 本章小结
第5章 锂离子动力电池多目标优化充电策略研究
    5.1 引言
    5.2 多目标优化问题基本理论
        5.2.1 多目标优化模型
        5.2.2 适应度函数选择
        5.2.3 最优单体选择
    5.3 基于MOPSO算法的多目标充电策略优化
        5.3.1 多目标粒子群优化算法
        5.3.2 多阶段充电策略建模
        5.3.3 目标函数构建
        5.3.4 约束条件确定
        5.3.5 参数选择
        5.3.6 算法实现
        5.3.7 最优解判定
    5.4 仿真与实验
        5.4.1 充电阶段数量影响分析
        5.4.2 充电截止电压影响分析
        5.4.3 权重系数影响分析
        5.4.4 实验验证及对比分析
    5.5 本章小结
第6章 锂离子动力电池低温充电控制策略研究
    6.1 引言
    6.2 低温充电控制策略研究
        6.2.1 低温加热数学模型
        6.2.2 充电-加热联合控制方案
        6.2.3 基于自适应模糊控制的充电-加热联合控制策略开发
    6.3 低温充电-加热联合控制系统搭建
        6.3.1 充电-加热系统硬件设计
        6.3.2 充电-加热系统软件设计
    6.4 仿真与实验
        6.4.1 环境温度对低温充电影响
        6.4.2 系统功率对低温充电影响
        6.4.3 电池保温对低温充电影响
        6.4.4 实验验证及对比分析
    6.5 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
攻读博士学位期间发表的论文及研究工作
参考文献
致谢



本文编号：3887365