船舶电池储能系统管理策略研究

目的 降低船舶污染排放,延长电池使用寿命,改善变工况条件下储能系统的动力性.方法 电池系统采用基于经验模态分解及模糊控制的双层管理策略,以磷酸铁锂电池组为主动力源来承担平缓功率,超级电容组为辅动力源来承担高频功率,引入样本熵对功率信号进行评估.结果 以某船舶工况进行仿真,相较于单一经验模态策略,引入模糊修正策略后的磷酸铁锂电池组放电深度由6.55％～94.35％变为14.56％～57.15％;超级电容组的放电深度由14.83％～52.11％变为12.7％～79.38％;磷酸铁锂电池组功率信号样本熵值由0.0182降为0.0177.结论 变工况条件下,上述控制策略可降低单工况下柴油机平均燃油消耗,减少储能端电池受到暂态功率的冲击,延缓电池老化速度,加长电池使用寿命,提升船舶储能系统的可靠性及环保性.     

极地科考船舶储能系统热管理模块设计

目的设计一种适用于极地科考船储能系统的锂离子电池组热管理模块,以降低低温对电池性能的影响,并延长其使用寿命。方法通过实验获得高寒环境下锂离子电池电气特性参数,明确高寒条件下热管理模块的功能需求。在此基础上进行热管理模块硬件设计及策略开发,并搭建电池低温测试实验平台进行验证。结果将-35℃环境温度下电池表面温度预热至0℃,以低倍率放电时,电池的可用容量可提升至额定容量的34.7%,并且提高预热温度能够增加电池的可用容量。结论该热管理模块能够有效地对锂离子电池组进行热管理,提高高寒环境下科考船储能系统的可用容量。     

轻度混合动力船舶储能系统研究

优化了传统复合储能系统的拓扑结构与功率分配控制策略,发挥磷酸铁锂电池能量密度大、超级电容功率密度大寿命长的优势,有助于延长磷酸铁锂电池使用寿命,减少了不必要的设计冗余,降低系统成本。     

我国废弃磷酸铁锂电池的资源化研究

磷酸铁锂电池是国家大力推行的动力电池发展方向,其生产量和应用量逐年增加。预计到2021年,我国将有约9 400吨磷酸铁锂电池报废,但对于报废之后的电池处理处置,在回收体系、处理技术以及公民意识层面等都有待完善。主要介绍了以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池的基本情况,对比了磷酸铁锂的合成方法,总结了磷酸铁锂电池的回收特点,并针对其回收特点提出了一些资源化建议,以期对后续磷酸铁锂电池的资源化研究提供参考。     

锂离子电池与镍氢电池、太阳能电池碳足迹比较

二次电池生命周期过程产生的温室气体将加重温室效应,因此必须加强二次电池碳足迹的分析。采用PAS2050研究方法,选择磷酸铁锂电池为代表,比较其与富锂材料生命周期碳足迹的差别;同时,选择相同功能单位计算锂离子电池和镍氢电池、太阳能电池的碳足迹,大小分别为12.7,124,95.8 kg CO2eq,结果表明了锂离子电池具有环境友好性。     

某型军用锂离子电池低温环境适应性

目的研究低温环境条件下温度对某型军用方形锂离子电池放电性能的影响。方法参照标准GB/T 18287,在常温下将锂离子电池进行充电,再在高低温潮湿试验箱中按设定低温条件利用电池测试仪进行放电性能测试,并将不同温度测试结果利用加速模型结合Arrenhenius方程进行拟合。结果该型军用锂离子电池放电容量随温度下降而降低,在-30℃温度条件下电池的放电容量相当于室温放电容量的20.9%,并在低于-40℃温度条件、2.5 V截止电压下无法放电。结论通过低温条件放电性能测试,并对温度条件和放电容量进行建模,得出绝对温度倒数与电池容量保留率对数在25~-35℃温度区间内分两段成线性相关。     

锂离子电池热特性参数测量方法研究

目的针对深海等极端环境下载人潜水器锂离子动力电池热管理问题,对10 Ah三元镍钴锰锂离子电池展开热特性参数测量方法研究,为锂离子电池热管理建模提供理论依据。方法首先利用精密测量仪器并结合传热学原理对电池导热系数进行计算,其次基于电池温度与环境温度跟随的控制策略搭建高精度的绝热实验箱。绝热环境下,电池的实际产热将会完全转化为自身的内能,与外界之间没有热量交换。在绝热实验箱中利用脉冲测试方法辨识三元镍钴锰锂离子电池的比热容。结果热物性参数测量结果具有较高准确性,带入热模型中的温度计算结果与实际温度测量结果绝对误差不超过0.5℃,平均相对误差为0.0184。结论基于实验方法得到的电池热特性参数能够反映锂离子电池的热状态,测量结果与实际值误差在可接受范围之内。     

时变温度环境下锂离子电池自适应SOC估计方法

目的针对低温环境下锂离子电池特性显著变化问题,为大规模锂离子电池组在极地科考船混合动力系统上的应用提供理论依据,方法对10 Ah高功率三元镍钴锰酸锂电池低温特性展开实验研究,结合实验数据,利用基于遗忘因子的递推最小二乘算法(FFRLS)分别与两种改进的卡尔曼滤波算法(AEKF、UKF)组成的串联观测器在线估计电池荷电状态(SOC)。结果在25～-30℃时变温度环境的改进DST工况下,FFRLS-AEKF算法的SOC估计精度略高于FFRLS-UKF算法,其最大估计误差为3.04%,均方根误差为0.69%。结论相比EKF与RLS-EKF算法,更好的模型参数与噪声信息的自适应性使FFRLS-AEKF算方法有更高的SOC估计精度与收敛性。     

动态工况下锂电池组多物理场仿真与退化分析

目的 提高锂电池组SOH评估的准确性,提出面向实际复杂动态工况的锂电池组退化仿真分析方法。方法 通过耦合多个电池单体P2D电化学–热模型和电池组串并联等效电路–热–流体模型,建立锂电池组多物理场耦合仿真模型,分析电池系统实际使用过程中电流、温度等工况的动态特性,构建锂电池组广义动态工作载荷谱。开展模型验证和典型3并5串锂电池组多物理场仿真分析,并耦合基于SEI膜生成机理的容量退化模型,分析在动态工况下内部各电池单体的容量及SOH退化情况,并给出该型电池组寿命的薄弱环节。结果 动态工况下,锂电池退化轨迹呈高度非线性,环境温度为25~60 ℃时,随着温度的升高,电池组退化较快,但电池组内部最大温差反而减小。结论 提出的方法能够很好地量化实际复杂动态工况对锂电池组退化的影响,为其可靠性设计和运行管理提供了技术支撑。     

不同诱发条件下NCM三元锂离子电池热失控和燃烧特性

目的 研究不同诱发条件下三元锂离子电池热失控和燃烧特性，科学认识海洋工程和装备领域储能电池的安全性，为海洋工程的消防安全设计提供理论依据。方法 模拟三元锂离子电池机械滥用和热滥用场景，分别用针刺和加热方式触发锂电池热失控，对不同带电状态(0%、25%、50%、75%、100%SOC值)的锂离子电池热失控过程中温度、电压、质量损失进行测量，对热失控后的电池进行拆解，并分析极片残余物的宏观和微观变化特征。结果 随着电池SOC值的增加，热失控反应强度增加，电池表面最高温度、温升速率和质量损失率均增大。针刺和加热触发电池热失控后极卷形态变化特征不同，分别呈“贝壳”和“月牙”形状。极片残余物的热重分析表明，50%SOC值和100%SOC值电池在针刺和加热后，极片残余物氧化分解后的质量损失比例分别为36.73%、18.75%和38.28%、30.38%。结论 三元锂离子电池的热失控行为随电池SOC值和诱发条件的改变而变化，高SOC值时，电池热失控反应更剧烈。一定条件下，针刺比加热更易触发电池热失控，而加热触发的热失控反应速率更快。热失控后的极卷形状变化和残余物热重分析可为火灾原因调查提供证据。     

Life cycle assessment of lithium-ion batteries for plug-in hybrid electric vehicles – Critical issues

The main aim of the study was to explore how LCA can be used to optimize the design of lithium-ion batteries for plug-in hybrid electric vehicles. Two lithium-ion batteries, both based on lithium iron phosphate, but using different solvents during cell manufacturing, were studied by means of life cycle assessment, LCA. The general conclusions are limited to results showing robustness against variation in critical data. The study showed that it is environmentally preferable to use water as a solvent instead of N-methyl-2-pyrrolidone, NMP, in the slurry for casting the cathode and anode of lithium-ion batteries. Recent years’ improvements in battery technology, especially related to cycle life, have decreased production phase environmental impacts almost to the level of use phase impacts. In the use phase, environmental impacts related to internal battery efficiency are two to six times larger than the impact from losses due to battery weight in plug-in hybrid electric vehicles, assuming 90% internal battery efficiency. Thus, internal battery efficiency is a very important parameter; at least as important as battery weight. Areas, in which data is missing or inadequate and the environmental impact is or may be significant, include: production of binders, production of lithium salts, cell manufacturing and assembly, the relationship between weight of vehicle and vehicle energy consumption, information about internal battery efficiency and recycling of lithium-ion batteries based on lithium iron phosphate.     

锂离子电池组分层主动均衡研究

目的 针对实际装备中使用的串联锂离子电池组的不一致性问题,提出一种基于Buck-Boost电路和反激式变压器均衡电路的分层主动均衡构架.方法 以荷电状态(SOC)作为均衡标准,制定均衡策略,建立锂离子电池二阶等效电路模型以及开路电压(OCV)特性曲线来进行参数辨识与SOC估计.实现电池组内相邻电池单体间的能量转移以及电池组间任意模组到整体的能量双向传递.最后在Matlab/Simulink中搭建均衡模型进行仿真验证.结果 分层主动均衡构架相比传统单一相邻电池均衡构架具有更好的均衡结果,其均衡效果提升了43.04％,均衡时间缩短了24.4％,均衡效率提高了12.61％.结论 该分层主动均衡构架充分发挥了两种主动均衡的优点,改善了电池组的不一致性问题,并提高了整个电池组的充放电容量.     

废旧三元锂离子电池回收利用碳足迹

公路运输是我国交通运输领域主要温室气体排放源,新能源汽车行业作为实现交通运输领域“双碳”目标的重要抓手,未来面临大批动力电池报废情况,为量化评估废旧锂电池回收利用行业产生的碳减排效益,从生命周期角度构建废旧三元锂电池回收利用碳足迹核算模型,通过优化电力结构和运输结构,对废旧锂电池回收利用的碳减排潜力作预测评估,此外,使用误差传播方程进行不确定性分析保证碳足迹结果的可靠有效.结果表明,当前中国企业使用湿法技术回收1 kg废旧三元锂电池的碳足迹为-2760.90 g（定向循环工艺）和-3752.78 g（循环再造工艺）,碳足迹的不确定性分别为16 %（定向循环工艺）和15 %（循环再造工艺）.从碳排放贡献率分析,再生产品阶段是废旧三元锂电池湿法回收利用减碳首要贡献来源,电池获取、拆解和末端处置阶段是增碳主要来源.相比于优化运输结构,通过优化电力结构,可有效实现更大的碳减排潜力,协同优化情景下,相比于优化前可实现14 %~19 %的碳减排,与原生产品相比定向循环工艺和循环再造工艺分别可实现9 %和11 %的减排潜力.     

磷酸铁锂电池不同应用场景的生命周期评价

为评估磷酸铁锂(LFP)电池梯次应用的生命周期环境影响,设定直接应用和梯次应用2个应用场景,采用生命周期评价(LCA)方法,对应用场景生命周期各阶段的环境影响及其贡献进行分析.功能单位设定为应用总容量1GWh的LFP电池作为通讯基站(CBS)储能电池,循环寿命为800次.结果表明,2个应用场景的环境影响热点均为储能应用...     

工业废液中镍钴的回收及在锂离子电池正极材料中的应用

探索了从废液中回收镍钴在空气气氛下合成锂离子电池正级材料ＬｉＮｉ２Ｃｏ１－ｘＯ２的方法和工艺。结果表明，合成材料的充放电性能都比较好，ＬｉＮｉ０．３Ｃｏ０．７Ｏ２在６００℃６ｈ－７５０℃１６ｈ时制得的产物初始充电容量达１５４．９３８ｍＡｈ／ｇ，接近用分析纯的镍钴原料合成的正级材料ＬｉＮｉ０．３Ｃｏ０．７Ｏ２的首次充电容量（１５６．１４６ｍＡｈ／ｇ），采用镍钴废液合成锂离子电池正极材料，化害为利，经     

基于PNGV模型的锂离子电池荷电状态估计

目的 提升不同老化情况下的锂离子电池荷电状态(SOC)估计精度。方法 基于PNGV模型(Partnership for a New Generation of Vehicles)，对锂离子电池SOC进行估计。首先通过双线性变换对PNGV模型进行离散化，采用带有遗忘因子的递归最小二乘法(FFRLS)，对电池模型参数进行在线辨识，利用卡尔曼滤波(EKF)算法进行SOC估计，并通过动态工况验证SOC估计精度。结果 以多种误差指标考察不同循环下的试验数据，在不同电池老化状态下具有较好的预测精度。相比基于Thevenin模型的算法，基于PNGV模型的算法可以将SOC平均绝对误差减少约60%，同时也可以将SOC估计最大绝对误差波动范围降低53.8%。结论 本算法引入PNGV模型后，解决了基于Thevenin模型算法误差大、不稳定的问题，提升了动力电池系统在不同老化环境下的适应性。     

锂电池正极材料Li2FeS2的充放电机理与热稳定性

随着移动电子设备的飞速发展,锂电池作为新型的能源载体也取得了巨大的进步。与嵌入式氧化物正极材料相比,Li2FeS2不仅具有理想的循环性能,而且其理论容量达到400mAh／g,约为嵌入式氧化物正极材料的2倍。因此,本文从晶体结构、电化学性能、充放电机制、充放电过程中的离子电导率变化以及热稳定性等方面对Li2FeS2正极材料进行了详细的阐述。