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快充工况下锂离子动力电池容量衰减分析及多阶段充电策略优化
| 论文题名： | 快充工况下锂离子动力电池容量衰减分析及多阶段充电策略优化 |
| 关键词： | 锂离子动力电池;电动汽车;电能管理;充电策略;老化机理 |
| 摘要： | 锂离子动力电池作为电动汽车的储能载体，对其进行快速且高效的充电有利于缓解电动汽车的“里程焦虑”，从而促进电动汽车的快速发展。然而快速充电在缩短充电时间的同时会造成动力电池温升过大，充入电量受限，除此之外还会加速动力电池容量衰减进而影响其使用寿命。因此，明确快速充电工况下动力电池容量衰减的原因，有利于寻找有效的抑制手段来延长其使用寿命；与此同时结合多目标合理地优化充电策略同样是实现动力电池充电时间，温升和电量全面改善的有效手段。消除快速充电给动力电池带来的负面影响不仅可以提升用户的驾驶体验，更可以对电动汽车的大规模应用起到十分重要的促进作用。 首先，通过分析磷酸铁锂（LiFePO4,LFP）动力电池从20％的荷电状态（StateOfCharge，SOC）开始以2C快速恒流充电至80%SOC结束后端电压的下降趋势，发现了动力电池内部极化消失的时间。并以此作为划分不同尺度静置时间的依据，将不同尺度的静置时间与2C快速恒流充电策略相结合制定快速充电工况对LFP动力电池开展循环老化测试。 其次，为了明确快速充电后不同静置时间对LFP动力电池的老化影响因素，结合容量衰减分析、容量增量分析以及电化学阻抗谱分析对其进行老化机理的研究。分析结果表明在循环期间，最长尺度的静置时间会影响LFP动力电池内部的材料变化，其他尺度的静置时间不影响电池内部材料的变化。除此之外，LFP动力电池内部材料变化影响其可用容量，发现了可以延长电池使用寿命的静置时间尺度。 最后，面向LFP动力电池，以充电时间、充电电量和充电温升作为优化目标。通过制定多目标协调的阶段电流优化的正交实验方案，在两次正交实验后提出了一种5阶段恒流充电优化策略。所提充电策略不仅可以在相对较短时间内充入LFP动力电池额定容量的80%，同时确保动力电池在整个充电期间始终保持安全的充电温度。循环老化测试结果分析表明与标准充电策略相比，所提优化策略几乎不会加速LFP动力电池的容量衰减。 |
| 作者： | 夏银龙 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 吴晓刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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