镍氢电池循环寿命表征方法的研究

摘要

MH-Ni电池已成为各种用电设备如电动汽车、笔记本电脑、移动电话等的能量来源,而循环寿命是MH-Ni电池的一个重要参数,也是评价电池性能好坏的重要标准之一.在不破坏电池的情况下,准确的判断电池循环寿命是比较困难的事情.所以研究预测MH-Ni电池循环寿命的方法有很重要的现实意义. 本实验使用天津大学研制的非破坏性内压测试仪测量了不同正负极配比的电池和不同电解液量的电池在不同电流下充电的内压,通过测量了电池充电和静置时内压的变化,对电池的内压随充电时间(电池充电量)的变化情况进行了数学处理,确定了它们之间的函数关系,分析了函数式中不同的特征值物理意义并利用特征值的变化与电池寿命间的关系,建立了电池寿命评估的新方法. 经过实验和验证表明:单纯利用充电时电池内压值的高低这一个参数来评估电池性能的优劣,特别是评估电池循环寿命的长短,是不合适、不全面的,应对整个充电过程中电池的内压变化趋势进行分析.MH-Ni电池在小电流下充电的内压曲线可以用Boltzmann函数表达式来拟合,并解释了数学模型中各个函数的物理意义,拟合B01tzmann函数式导出的特征值k的大小与镍氢电池的循环寿命存在着一定的关系.k值大,在一定充电时间内镍氢电池的内压上升的速率就快,其寿命短.最后又通过循环寿命结束后的电池内压曲线与数学模型的拟合,发现电池循环寿命结束后的k值相对原来新电池的k值大得多,说明了Boltzmann函数表达式可表征在小电流充电下MH-Ni电池内压变化情况和用此数学函数的特征值的变化评估电池循环寿命是可行的.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1引言

1.2相似理论和数学模型

1.2.1相似理论

1.2.2数学建模及其重要性

1.2.3数学建模的方法步骤

1.2.4数学模型在电化学性能预测方面的应用

1.3电动车用MH-Ni电池的研究现状与发展

1.4 MH-Ni电池的概述

1.4.1 MH-Ni电池的特点

1.4.2 MH-Ni电池的工作原理

1.5 MH-Ni电池内压研究概况

1.5.1 MH-Ni电池气体的产生与消耗

1.5.2影响MH-Ni电池内压的因素

1.6影响MH-Ni电池寿命的因素

1.7电池内压测量的方法

1.7.1电池内压测量方法简介

1.7.2电池内压测量方法的原理

1.7.3电池壳体的力学模型

1.8本课题的研究目的及意义

第二章MH/Ni电池内压与循环寿命之间关系研究

2.1实验

2.1.1实验仪器

2.1.2实验电路图

2.1.3实验设计

2.2不同正负极活性物质配比电池的实验

2.2.1电池化成与标定容量

2.2.2新电池的内压测试

2.2.3充放电循环寿命实验

2.2.4寿命结束时电池内压的测试

2.3不同正负极活性物质配比电池的实验结果与讨论

2.3.1容量标定结果

2.3.2新电池的内压测试结果

2.3.3寿命结束时的内压测试结果

2.3.4循环寿命的测试结果

2.4不同电解液量的电池实验

2.4.1电池化成与标定容量

2.4.2电池的内压测试

2.4.3电池充放电循环寿命实验

2.5不同电解液量电池的实验结果与讨论

2.5.1容量标定结果

2.5.2不同电解液量电池的内压测试结果

2.5.3不同电解液量电池的寿命测试结果

第三章建立表征充电状态与电池内压关系的数学模型

3.1建立表征充电状态与电池内压上升段关系的数学模型

3.1.1四次函数及五次函数和内压曲线的拟合

3.1.2 Exponential Growth函数和内压曲线的拟合

3.1.3 Lorentz函数和内压曲线的拟合

3.1.4 Gauss函数和内压曲线的拟合

3.1.5 Boltzzman函数和内压曲线的拟合

3.2建立表征充电状态与电池内压静置段关系的数学模型

3.2.1二次函数和内压曲线的拟合

3.2.2 Exponential Decay函数和内压曲线的拟合

3.2.3 Lorentz函数和内压曲线的拟合

3.3结论：

第四章验证电池内压和曲线的拟合及其与循环寿命的关系

4.1实验

4.1.1电池化成

4.1.2标定容量

4.1.3电池的内压测试

4.1.4电池充放电循环寿命实验

4.1.5验证表征充电状态与内压关系的数学模型

4.2结果与讨论

4.2.1标定容量结果

4.2.2电池内压测试结果

4.2.3电池寿命的测试结果

4.2.4验证表征时间与内压关系的数学模型

4.3不同正负极活性物配比的电池寿命结束时的内压

4.4结论：

第五章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢