研究Li-NiMnCo锂离子电池在电动汽车的特征

文摘

canode材料锂离子电池的能量密度主要影响电动车的练习场。为了研究充放电特点和应用的可行性Li-NiMnCo汽车锂离子电池,充电和放电的实验进行了一系列Li-NiMnCo率不同的锂离子电池(比镍,钴,锰是5:2:3)constant-current-constant-voltage模式。首先,一组的充放电实验进行不同类型的单细胞的锂离子电池。结果表明,在温度条件下,voltage-capacity充放电曲线的四个不同类型的Li-NiMnCo锂电池在论文中提到的,没有什么区别,和充放电特性曲线相似,表明不同类型的电池用同样的材料成分也有类似的充放电特性。随后,一系列的充电和放电测试等不同的利率进行了三元锂电池。与不同的充放电率特性曲线表明,这种新型的三元锂电池大电流充放电能力,适用于新能源电动汽车。此外,通过分析voltage-SOC曲线不同放大条件下,众所周知,有一个电池电压值之间的近似线性关系和SOC在某些SOC的范围内。SOC值可以评估电池电压,应控制在一个合理的范围内,以避免过度充电或过量放电的电池,从而导致永久损伤电池。

1。介绍

电动车(电动车)被广泛认为是最有前途的车辆和近年来发展迅速。作为新能源汽车的常见的储能环节,动力电池的瓶颈制约新能源汽车的发展。性能具有重要的影响在练习场,电动汽车的安全。动力电池的关键性能包括功率密度、能量密度、循环寿命、成本、和安全(1,2]。铅酸电池已经广泛应用于许多领域低价格的优势,丰富的资源、稳定的性能、安全性和可靠性、可回收、可重用等。然而,其特定的能源和特定的功率很低,其循环寿命很短。如今,铅酸电池很少用作储能在电动汽车3]。与铅酸电池、镍氢电池有无污染的优势,大特定的能量,大特定的权力,和长循环寿命,但他们单电压较低,自放电率相对较高,高价格,和狭窄的工作温度范围。如今,一些电动车仍使用镍氢电池作为能量存储组件。超级电容的优点长循环寿命、高功率系数,充电速度快,高操作温度范围和高安全,但能量密度。超级电容是目前广泛应用于电动汽车(4]。锂离子电池有优良的综合性能的能量,功率密度、循环寿命。因此,它通常是最好的选择,使用锂离子电池作为存储单元基于综合考虑它的能量和功率密度和循环寿命电池电动汽车(成为),混合动力电动汽车(hev),和插电式混合动力电动汽车(插电式混合动力车)。另一方面,锂离子电池需要特别注意在电动汽车的应用程序中,如过流、过压、或过度充电/放电,电池可能导致重大的安全问题,明显加速老化的过程,甚至引起火灾或爆炸(5- - - - - -7]。作为新能源汽车的核心技术之一,锂离子电池可以广泛应用在不久的将来。

锂离子单细胞通常包括正极、负极,电解质。电极材料的选择决定了电池的类型和基本性能。目前,新型阴极材料的发现和合成包括描写₂O₄,LiFePO₄,Li-NiMnCo。石墨可以作为负极材料。通过比较几个常用的锂离子电池阴极材料的性能,Li-NiMnCo材料有更好的综合性能在能量密度、功率密度和寿命。在过去的十年里,对锂离子电池材料的研究引起了越来越多研究者的关注。锂离子电池可以分为液化锂离子电池(简称自由)和聚合物锂离子电池(或只是PLIB)根据电解液。聚合物锂离子电池(拉钮)可以制成的超薄电池的形式和肆意的大小。因此,它有广阔的应用前景。动力锂电池的充放电特性和电池管理是电力技术发展的瓶颈。阳极材料是核心和动力锂电池的关键材料。阳极材料的能量密度是电动汽车的行驶距离密切相关,和它的成本约占1/3的锂电池的成本。 Therefore, the development of anode materials with high energy density, long life, high safety, and low cost is crucial for the large-scale commercial use of lithium batteries and electric vehicles [8]。

随着研究领域的SOC(电荷状态)和SOH(健康状况)9- - - - - -17),现在提高动力电池的充电和放电模型的准确性,特别是锂离子电池,是一个关键的研究目标。可用电池容量可以影响甚至决定多久可以完全充电电池,因此,车辆可以走多远。电荷的方法可以保护电池过热,提高产能利用率,延长使用寿命,具有十分重要的意义。在电动汽车有四个传统的充电方法,包括恒流(CC),恒压(CV), constant-current-constant-voltage (CC-CV),和多级恒流(MCC) (18]。CC电荷是一个粗略的但简单的方法广泛用于锂离子电池(19]。在[20.)、CC电荷的方法是首先介绍了镍镉或镍氢电池充电。因为电池的行为高度依赖目前的速度在CC电荷,因此,它是一个挑战为CC搜索合适的充电电流的速度。充电速度提高,但电池老化过程和大电流将会加重率CC。而实现产能利用率高,过低流速会减慢CC的电池充电速度和小电流率。正确的充电方法可以有效地根据足够精确的SOC估计,设计全音阶,和温度。

锂离子动力电池是一种高性能储能电池。很难建立电池的数学模型从机制的角度来看,由于复杂性和强非线性的电池。为了提供数据支持和理论支持电池管理,测试方法通常被用来研究电池的性能和使用大量的实验数据总结在实际应用电池的外部特征。应用前景,如电动汽车和智能电网已经促使许多研究者提高锂离子电池的性能。研究的一个领域是研究电池阳极材料。以前的研究已经指出,有各种各样的材料可用于锂离子电池的负极材料。在本文中,我们将关注Li-NiCoMn锂离子电池。我们进行了一项初步研究Li-NiCoMn锂离子电池的充电和放电测试数据,来分析和研究Li-NiCoMn电池的充放电特性。在不同的条件下进行了一系列的实验。本文的贡献是3倍如下。(1)一系列的实验被设计来确定CC Li-NiCoMn锂离子电池在不同条件下的能力(2)锂离子电池的充放电特性曲线得到在不同条件下在CC(3)实验的结果可以提供支持搜索适当的充电电流电池为了进一步提高充电速度性能

本文组织如下。部分2细节的一组实验来确定Li-NiCoMn锂离子电池使用的电池容量。部分3描述了一系列为单个Li-NiCoMn锂离子电池充电和放电测试。最后,部分4总结本文的贡献,总结和讨论可能的扩展。

2。单细胞Li-NiCoMn锂离子电池的充电特性测试

摘要新开发的三元Li-NiMnCo(的物质比镍、锰、钴是5:2:3)被选中作为测试对象。它的基本参数如表所示1。从表1,我们可以看到它的额定容量是10.0啊,充电截止电压为4.4 V,放电截止电压为2.75 V。细胞的重量和尺寸等其他物品也表所示1。

如图1电池的原理,试验台由三部分组成:恒温器,BTS BTS(电池测试系统),和客户端。恒温器的工作范围是−80°-150°和准确性是0.1°,提供合适的和稳定的环境温度为选定的锂离子电池。的锂离子电池与BTS通过电池夹,并放置在恒温器。BTS客户端安装在电脑上,通过TCP / IP与BTS通信。它可以设置BTS的工作条件并完成一系列的实验的数据收集和分析功能。

本文的目的是研究Li-NiCoMn细胞的行为。测试内容包括电池充电电压和容量之间的关系,电池充电电压和SOC的关系,电池充电效率,在CC充电和充电特性不同的利率。电荷的特点是通过大量的测试,总结了可支持搜索适当的充放电电流的为了进一步提高电池的充放电性能。

2.1。电荷的能力测试单细胞Tenary Li-NiMnCo锂离子电池

为了分析选定的三元锂电池材料的能力,一组实验是为不同类型的电池在CC charging-discharge模式从不同的制造商。表2显示了测试结果。在表2ZH型和PU50D、阳极材料第二列来自中国振华(集团)科技有限公司有限公司和北京大学实业有限公司,有限公司,第三列阴极材料AML402 YI202来自东莞Kaijin新能源。科技有限公司,和列4材料CG-CS TCE8633是两个不同的电解质。在表的能力1是相应的充电电池容量时,每一个细胞被指控的截止电压4.4 V恒定速率1 C。

从表2可以看出,四种不同的三元Li-NiMnCo材料有较高的电荷容量1 C恒流充电模式。不同的电池模型,电池容量的差异很小。

2.2。电荷特性测试的单细胞Tenary Li-NiMnCo锂离子电池

为了分析三元Li-NiMnCo电池的充电特性表所示2,一组实验的四种类型的电池在CC模式设计在这一节中。充电过程是在常温条件下和电荷的细胞以恒定速率1 C到4.4 V。根据实验数据,四个不同的电压和容量之间的关系模型,如图2。图3显示充电电压之间的关系和四种不同的三元锂电池的SOC。

比较四个曲线在图2,可以看出不同电池的电压容量曲线模型是相似的,这表明阳极材料从不同的制造商,但拥有相同的成分比镍、锰,公司几乎没有差异单三元锂电池的充电特性曲线。

如图2三元锂电池的工作电压经历了三个阶段:早期和晚期阶段的电压上升更快,而中间的电荷,电荷曲线往往是平的。基于这个电池的充电特性,我们可以使用分段函数来估计电池的充电能力通过测量电池的电压值。在实验中,应该注意的是,电池电压不能高于充电截止电压,这将造成永久性损坏电池。

从图可以看出3在SOC值的范围15% - -65%,曲线与小斜率近似一条直线。在SOC值的范围从65%到100%,曲线近似也近似一条直线与一个略大的斜率。混合动力汽车的电池通常是在非营业状态即使在车辆操作;缴纳的价值可以测量方便。因此,SOC的值可以预测的价值缴纳使用分段函数根据这个特征曲线的表示。

2.3。率的电荷特性测试单细胞Tenary Li-NiMnCo锂离子电池

充电率测试是使用单细胞tenary Li-NiMnCo本节锂离子电池。数据4(一)- - - - - -4 (d)显示电压曲线的四个不同类型的锂电池能力;数据5(一个)- - - - - -5 (d)显示SOC-OCV曲线为四种不同类型的锂电池。

从数据可以看出4(一)- - - - - -4 (d)三元锂电池使用有更好的充电特性,可以以更高的速度。比较数据4(一)- - - - - -4 (d),它可以发现电池充电曲线类似的4种不同类型的电池和每种类型的电池可以接受4 C恒定速率。此外,充电电池容量随充电率增加而减小。

同样,从数据5(一个)- - - - - -5 (d)我们可以得到,4 C恒率充电条件下,当SOC值大于约8%,曲线近似直线。相应地,SOC值也可以被估计通过测量电压。

3所示。单细胞Li-NiCoMn锂离子电池的放电特性测试

一系列的放电实验设计在这一节中,和实验对象是一样的2。实验过程:放电细胞与恒定速率0.5摄氏度截止电压2.75 V。相应地,测试内容包括放电电压之间的关系和电池的容量,电池的放电电压之间的关系和SOC,电池的放电效率,不同的放电特性。电池放电性能是通过这些测试,总结了电池的放电特性,这对电池状态估计奠定了基础和健康评估,并提供一个理论依据合理、有效的使用电池。

3.1。放电容量测试的单细胞Tenary Li-NiMnCo锂离子电池

表3显示能力的四个不同类型的三元材料研究。能力表中相应的放电时电池容量每一个细胞在1 C放电恒电流放电模式的截止电压2.75 V。

从表可以看出3全功率状态下,四种不同的三元Li-NiMnCo电池可以排出大量的电放电截止电压为2.75 V时1 C恒电流放电模式。四种类型的电池的电池容量差异很小。

3.2。放电特性测试的单细胞Tenary Li-NiMnCo锂离子电池

相似的部分2。2,为了分析单一Li-NiMnCo电池的放电特性,一组放电实验进行了四种类型的电池在这一节中。放电过程是在常温条件下,电池放电截止电压为2.75 V和1 C恒流。根据实验数据,电压和放电容量之间的关系四个不同的模型,如图6。图7展示了四个不同的OCV-SOC曲线类型的锂电池放电截止电压为2.75 V。

通过对比曲线如图6电压迅速下降,在初始阶段的电池放电,放电曲线逐渐变得平坦,和后期的放电,电压曲线线性降低。不同类型的电池在放电的后期有一定的差异。基于这个电池的放电特性,我们可以使用分段函数来估计电池的放电容量通过测量电池的电压值。放电特性曲线的后期,需要注意的是,电池电压不能低于放电截止电压;否则,会发生过量放电,造成永久性损害电池。图6显示了放电电压作为SOC的函数。从图可以看出7在SOC的范围约为15%到95%,大约是一条直线,曲线斜率很小,具有稳定的放电性能。当放电初始阶段的斜率和流量大的后期。SOC-OCV放电曲线的不同类型的电池是相似的。我们可以使用分段函数的值来预测SOC由价值缴纳根据曲线的特征表示。

3.3。放电率特性测试的单细胞Tenary Li-NiMnCo锂离子电池

在这一节中,选择的锂电池是接受率测试。数据8(一个)- - - - - -8 (d)显示电压能力关系的四个不同类型的电池。数据9(一个)- - - - - -9 (d)显示SOC-OCV关系曲线的四个不同类型的电池。

从数据可以看出9(一个)- - - - - -9 (d)三元Li-NiMnCo锂离子电池研究有更好的放电特性,可以排放速度大。比较的数据8(一个)- - - - - -8 (d),可以发现,四种不同类型的电池的放电率曲线相似,和每种类型的电池可以接受4 C放电率。此外,它可以看出放电率越大,电池放电容量越小当放电截止电压为2.75 V。

从数据可以看出9(一个)- - - - - -9 (d)4 C放电率条件下,相应地,我们也可以估计相应的SOC值通过测量电压。

4所示。结论

摘要不同Li-NiMnCo锂电池的特点进行了分析通过一系列的充放电实验。实验的结果表明,(1)在室温下,Li-NiMnCo锂电池的充电电压,我们研究了迅速增加的早期和晚期阶段的充电过程,而电荷曲线是光滑的中间过程。基于这些特征,可以准确地预测电池容量终端电路电压。值得注意的是,电池电压不得超过预设的阈值,以避免永久性损害电池。(2)同样,Li-NiMnCo锂电池的放电电压曲线有相似的属性在放电过程中在室温下。电池容量还可以精确预测的终端电压根据这些特征。它的结论是,练习场的锂电池电动汽车一次充电后应控制在合理的范围内负责防止永久性损伤造成的电池过度放电电压衰减在稍后阶段。(3)Li-NiMnCo锂电池研究具有良好的充放电性能,以及大电流充放电性能,适用于电动汽车。研究结果将提供一个参考搜索适当的充放电电流速率可以提高充放电性能。在未来的工作中,我们将关注建模和SOC估计Li-NiCoMn锂离子电池。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果中包括补充信息文件。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国的江苏省的教育委员会(批准号BE2017008-3),清朝局域网项目,南京理工学院科技创新基金(批准号YKJ201434)。

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