電動汽車鋰離子動力電池最佳化充電技術基礎研究

《電動汽車鋰離子動力電池最佳化充電技術基礎研究》是依託北京交通大學，由姜久春擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電動汽車鋰離子動力電池最佳化充電技術基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姜久春
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

針對現有充電技術主要以電池外特性參數為控制目標，缺乏與電池內部反應機理的結合，充電控制策略與電池特性無法實時匹配的問題，本項目提出內外特性結合、多學科綜合分析、由特殊到一般的研究思路，依據電化學多孔電極理論、以及液相擴散、固相擴散和電勢分配原理，建立鋰離子動力電池充電過程的數學模型，研究模型參數的自適應動態估算方法；研究一定電流密度下內部離子遷移過程產生的極化效應及影響因素，建立電池充電極化電壓的數學模型；研究電池充電性能作用機制與衰退機理，分析充電電流、電壓和溫度等各應力對電池壽命衰退的影響度權重，建立鋰離子動力電池的充電壽命衰退模型；並以充電壽命和充電時間為目標，提出新型的最佳化充電方法，實現快速無損的充電過程。

結題摘要

針對現有充電技術主要以電池外特性參數為控制目標，缺乏與電池內部反應機理的結合，充電控制參數如充電電流和充電截至電壓對電池壽命的影響尚不明確等問題，本項目提出電池內外特性結合、多學科綜合分析的研究思路，通過理論分析、模擬仿真和實驗驗證，開展鋰離子動力電池最佳化充電技術研究。本項目進行電池充電過程電化學反應機理及外特性研究，深入揭示鋰離子動力電池充電性能作用機制及充電極化效應特徵，研究鋰離子動力電池在不同充電應力下的壽命衰退特性，基於容量增量分析法辨識不同充電應力下電池的老化機制，並建立了電池充電壽命衰退模型。研究充電過程中電池內部的電化學反應規律和電勢分配特性，建立基於Butler-Volmer方程的極化電壓模型和反映電池內部化學反應規律的等效電路模型。分析充電過程中的極化電壓特性，解耦影響充電極化電壓的線性和非線性因子，提出了適用於充電過程的極化電壓估算和線上跟蹤方法，建立了以極化電壓為控制目標的充電控制機制。以電池極化電壓和充電限制電壓為約束條件，建立了基於極化電壓時間常數的鋰離子動力電池最大充電電流計算方法。提出了電池恆極化充電控制方法，通過極化電壓的線上跟蹤方法，實時計算充電過程的極化電壓，基於模糊控制理論自動調整充電電流，實現充電過程中對極化電壓的恆定控制。以限制充電溫升和縮短充電時間為目標構建最佳化充電目標函式，以極化電壓限制的最大充電電流為約束條件，採用遺傳算法尋找電池的最優充電曲線。該項目提出的以極化電壓為控制目標的最佳化充電策略，實現充電過程中外特性變化與內部電化學反應的有效結合，顯著縮短充電時間，提高了電動汽車的適應性，突破了充電時間和循環壽命難以兼顧的技術瓶頸。