高寒地区新能源汽车锂电池低温预热及充电性能研究

摘要

新能源汽车是当今汽车工业发展的重要方向，也是我国发展低碳经济、减少排放的重大战略，国家和地方政府对发展新能源汽车高度重视，先后出台了一系列产业政策来推动新能源汽车的发展。但作为新能源汽车的主要动力源锂电池对环境温度变化的敏感性较大，低温条件下锂电池的化学反应活性迅速下降，导致电池内阻上升，电池充电端电压升高至充电截止电压，电池可充入电量减少以至于可放出电量下降，从而降低锂电池循环寿命。在低温环境下，锂电池的充放电性能将明显下降，电池充放电将变得困难，电动汽车在低温环境中的启动和充电受到阻碍，降低其在低温环境下的整体使用性能。为提高锂电池在高寒地区的使用性能，促进新能源汽车的广泛应用，锂电池低温特性及预热技术成为国内外学者的研究热点。 本文在总结归纳前人所做的电动汽车锂电池低温充放电性能、低温预热管理系统、低温预热方案，以及锂电池等效电路模型等研究成果的基础上，采用武汉蓝电多通道锂电池充放电性能测试系统，通过锂电池静态放电容量测试实验，研究了不同低温环境下对不同锂电池放电容量及放电时间的影响。根据锂电池基本性能参数，建立锂电池非线性模型，采用Matlab仿真实验分析所建电池非线性等效电路模型的放电曲线，并通过锂电池静态放电容量测试实验验证该模型的可靠性。设计了锂电池低温预热管理系统，并提出了采用PTC加热片预热锂电池的思路。具体结论总结如下： （1）采用多通道锂电池充放电性能测试系统，分别研究了磷酸铁锂电池、聚合物锂电池、三元锂电池、钛酸锂电池在0、-5、-10、-15、-20、-25℃低温环境下的放电特性。研究结果表明，锂电池在低温环境下，恒流放电时间与放电容量成正比，低温环境对不同锂电池的放电容量和放电时间的影响不同，其中磷酸铁锂电池放电容量受低温环境的影响最大，三元锂电池和聚合物锂电池放电容量受低温环境的影响次之，钛酸锂电池放电容量受低温环境影响最小。 （2）建立锂电池非线性等效电路模型，以25Ah磷酸铁锂电池性能参数作为模型参数，采用Matlab仿真分析所建锂电池非线性等效电路模型的放电特性，并通过锂电池静态放电容量测试实验验证该模型的可靠性。分析结果表明，磷酸铁锂电池非线性建模仿真放电曲线和静态容量测试实验所得出的放电曲线基本吻合，进一步说明该锂电池的非线性等效电路模型具有一定的可靠性，可用于锂电池充放电模拟实验。 （3）采用PTC加热片作为电池预热元件，设计了锂电池预热管理系统，主要包括主控模块和温度采集模块。通过主控模块实现对电池预热元件的供电控制，并实时控制对锂电池的加热功率，通过多通道温度采集系统实时采集预热过程中电池表面温度。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 锂电池低温充放电性能研究现状

1.3 锂电池低温预热技术研究现状

1.4 课题研究的主要内容

1.5 本章小结

第2章 锂电池等效电路模型

2.1 锂电池等效电路常用特征变量

2.2 常见锂电池模型

2.3 锂电池非线性建模

2.4 非线性模型仿真分析

2.5 本章小结

第3章 锂电池低温特性研究

3.1 锂电池的工作原理

3.2 锂电池低温特性实验

3.2.1 实验仪器设备

3.2.2 容量测试

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第4章 锂电池低温预热管理系统设计

4.1 锂电池预热管理系统设计

4.2 锂电池预热管理系统硬件设计

4.3 锂电池预热管理系统软件设计

4.4 展望

4.5 本章小结

结论

参 考 文 献

致谢

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