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原文传递动力锂电池低温充电模型及策略研究

论文题名：	动力锂电池低温充电模型及策略研究
关键词：	新能源汽车;锂离子电池;等效电流模型;低温充电;电压变化
摘要：	应国家提出的碳达峰、碳中和的号召，新能源行业受到了越来越多的重视，作为新能源行业代表产业之一的新能源汽车，近年来的发展势头也相当迅猛，目前仍有越来越多的科技企业向新能源汽车市场进行布局。新能源汽车的性能主要受动力电池系统的影响，而作为电化学电池，动力锂电池受温度的影响较强，尤其在低温环境下性能下降尤为显著。为了提高冬季较寒冷地区的消费者对新能源汽车的认可度，解决动力电池系统在低温环境下充电困难的问题显得尤为重要。　　首先，介绍了各种动力电池的类型，从内部结构入手，分析了不同类型的动力电池的工作原理，对比了优缺点，以此为依据解释了锂离子电池成为目前主流的动力电池的原因；通过对锂离子电池的结构特性和工作机理的分析，解释了锂电池在低温下性能衰减的原因；为研究锂离子电池的充放电特性，需对其进行建模，通过对锂电池不同的等效电流模型的对比，提出了改进方式，为下文提出低温充电模型做铺垫；指出了电池单体和电池系统充电方式的区别和电压变化特性，为下文低温充电策略的提出建立理论基础。　　然后，选用磷酸铁锂电池作为样品分别在常温和低温环境下进行了实验测试，得出了锂离子充电端电压变化曲线；另外，对目前常用的几种等效电路模型在matlab/simulink软件中进行了仿真；将得到的仿真曲线与实际端电压曲线进行对比，发现与低温环境的充电曲线并不吻合，缺少端电压上升至极大值点的过程，这会严重影响对电池工作状态安全性的评估；为得到准确的低温模型，通过对二阶RC等效电路模型原理的分析，在其基础上进行了改进，提出了一种适用于低温环境的等效电路模型，并通过参数辨识得到了模型内各元件参数，经过仿真分析，验证了此模型端电压曲线与实际曲线变化趋势相同。　　最后，由于增设辅助加热系统会导致整车生产成本增加、电池包结构变复杂等问题，考虑利用充电时电池自身产热的原理进行低温充电。采用不同大小的充电电流对锂电池低温等效电路模型进行仿真实验，得出了能在低温下正常充入电量的电流限值；利用环境箱电池系统充放电设备，对磷酸铁锂电池系统进行了-10℃低温下的充电实验，结果与模型仿真结果相同，进一步验证了所提出的低温等效电流模型预测的准确性；通过具体数据证明了此样品在-10℃的低温下通过0.5C电流可以充入足够电量，且充电过程中有较好的温度回升效果；利用冷却液测试机实现锂电池系统的预加热过程，通过实验对比，证明了所提出的低温充电策略可以明显缩短用户的充电等待时间，且更加节约电能；在恒流充电的基础上进一步改进，以温度作为切换依据，在电池系统温度达到设定值时切换大电流进行充电，实验表明，所提出的改进的低温充电策略有较好的充电效果，充电容量为恒流充电的93%，但充电时间仅为恒流充电的77%，且充电结束时的电池系统温度更接近常温，使得动力锂电池系统能发挥出更好的性能，总体的充电效果有了明显的提升。
作者：	王苏杭
专业：	电气工程
导师：	李建林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东华大学
学位年度：	2022