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時間告︰2019年08月02日 所屬分類降︰電子論文 點擊次數澀童橇︰

摘要:低溫下鋰離子電池的可用容量和功率大幅下降霜粳頻,而且充電困難哨綠。對鋰離子電池進行低溫加熱是改善其性能的有效途徑亨北。該文建立了電池的熱-電耦合模型枚,設計了一種變頻變幅交流自加熱策略缸嘛,在保證極化電壓幅值不變的條件下末,以加熱功率最大為目標了,根據電池在

  摘要:低溫下鋰離子電池的可用容量和功率大幅下降刷莆,而且充電困難蘆。對鋰離子電池進行低溫加熱是改善其性能的有效途徑兌畦忿。該文建立了電池的熱-電耦合模型使侵妒,設計了一種變頻變幅交流自加熱策略葡,在保證極化電壓幅值不變的條件下灘村晃,以加熱功率最大為目標懈,根據電池在各個溫度下得到的最佳加熱極速賽車開獎app極速賽車官方網站app極速賽車穩定殺碼技巧頻率實時調整交流激勵的頻率和幅值荒斷孫。

  對比不同策略發現昆狹鏡,采用變頻變幅交流自加熱策略轄倡,電池在700s內上升了47.67℃轎棟離,相比恆頻變幅加熱策略趣烯,其溫升速率最大可提高21.85%娜門。所設計的變頻變幅交流自加熱策略具有良好的加熱效果躬,有利于促進電動汽車在寒冷環境下的推廣應用房。

  關鍵詞甭刷貳︰鋰離子電池,低溫自加熱,熱-電耦合模型,變頻變幅

鋰離子

  0引言

  能源危機和環境保護的雙重壓力助推了電動汽車的快速發展[1]齲拍胖。鋰離子電池因能量密度高鈍、使用壽命長矯堪氦、節能環保等優點而成為電動汽車動力電池的首選[2]雹辯囤。但由于參極速塞車有官網嗎pk10極速賽車官網開獎極速賽車規律數隨條件的變化鵝愧,鋰離子電池在實際應用中仍然存在一些挑戰羌。低溫環境下鋰離子電池的可用容量急劇下降[3]鐳埔,會直接影響電動汽車的續航里程袖疥頌,而且電池充電變得更加困難戎含,輸出功率大幅下降揉藉矢,嚴重時難以達到正常工況要求[4]瓣。

  鋰離子電池的使用壽命與眾多因素相關[5]賒懦瞪,低溫下按常規策略充電容易出現析鋰現象嚏,這將嚴重影響電池的壽命雀。因此矢金蟹,對鋰離子電池進行低溫加熱些險割,改善低溫充電性能和使用性能十分必要靖掂湘。目前對電池進行加熱的方式主要分為兩種籌駝︰外部加熱和內部加熱沁。外部加熱主要是通過熱傳導或熱對流的途徑實現搗翱,通過PTC材料或加熱膜等[6-7]在外部對電池進行加熱好先。

  但該方式受熱不均勻且加熱效率較低劑扦。內部加熱直接在電池內部產生熱量瓢,故其加熱效率更高柬,受熱更加均勻頌屑。JinXin等[8]分別在HPPC及恆流放電工況下實驗鏈涂,對比外部加熱和內部加熱練,發現內部加熱的溫升速度明顯高于外部加熱匯燦汕。ZhangGuangsheng等[9]設計了一種自加熱結構的鋰離子電池(Self-HeatingLithium-ionBattery,SHLB)巨借,采用2片鎳箔的設計使溫度分布更加均勻罕敗,溫升更快畦蔣凹,但短路引起的大電流是否對電池的壽命造成影響需要進一步討論屠。

  且該方法需要改變電池結構袱歡彩,實現較為困難梅輪,故應考慮通過電池自身阻抗產熱以達到加熱電池的目的赤渺。JiYan等[10]對各種加熱方式進行比較邵紳聞,發現交流電加熱電池溫度均勻性好伎,能夠保持荷電狀態(StateofCharge,SOC)基本恆定;而直流放電自加熱雖然成本低梢嵌狄,但受制于起始SOC的大形芯稀,且過大的直流會對電池壽命造成一定影響[11]稱彌拾。

  由此可知綸人,相比于外部加熱方式黎膛,交流加熱實現起來較為容易色,能夠保持荷電狀態基本恆定涸,且加熱速度較快九譜筷,加熱均勻性好超。T.A.Stuart等[12]提出在低溫環境下對電池施加交流電進行內部自加熱的策略酗絲,且探討了交流信號的參數對加熱效果的影響簾,但僅討論了60Hz和10~20kHz兩個頻率段的結果架肝鹼,對于兩個頻率段之間的頻率未做分析紗。

  ZhangJianbo等[13]更加詳細地指出交流信號的頻率與加熱效果有關銻蓬文,同一電流幅值下斤,頻率越低互,加熱時間越短逃每穆,但並未指出如何選擇交流激勵的幅值與頻率使得加熱速度最大化扁,且沒有考慮壽命衰退問題;同時發現在使用交流加熱後鈴丘菠,電池SOC沒有明顯變化聘。

  在恆定電流幅值的交流加熱下竣丸,交流電流的頻率過低妒楮範,半波周期過程接近于直流充放電過程婁撾,無法體現交流加熱的優勢靈胺。另外景芥,由于極化電壓與電池的電化學反應存在一定的關系[14]禾島充,在一定的極化電壓下充電不會明顯影響電池壽命[15]媒量寬,故為了避免電池產生不良的反應疏奴,有必要控制電池的極化電壓垛穩盼。RuanHaijun等[16]提出並證明了鋰離子電池在恆極化電壓條件下存在最佳加熱頻率佃寐,進行了恆定頻率與變化幅值(ConstantFrequencyandVariable-Amplitude,CFVA)下的電池交流自加熱實驗掇面,但沒有隨著電池溫度的升高而改變頻率以使每個溫度點下的產熱率最大坍。

  對此希痢桐,在恆定極化電壓交流加熱的情況下淬,為在交流加熱過程中能保持最大的產熱率踞納,交流信號的頻率需實時調整捶。目前已有文獻僅涉及交流電流恆頻恆幅或恆頻變幅的加熱實驗控萍,沒有研究交流電流變頻的加熱策略躬癱磋,而頻率在鋰離子電池的自加熱過程中起到關鍵性的作用擬擔。故本文設計了一種變頻變幅(VariableFrequencyandVariable-Amplitude,VFVA)鋰離子電池低溫自加熱策略痊東,通過軟件仿真和實驗測試的對比鹵,驗證了該策略的可行性與有效性顱攀。

  1實驗設計

  由高低溫實驗箱濫甭琶、測試電池甩、電化學工作站(Bio-logic公司VMP300)敢懈、溫度采集儀和上位機(Labview軟件)組成酥踏迪。將測試電池置于高低溫實驗箱中使電池達到所需溫度嬌,電池信息通過溫度采集儀及電化學工作站反饋至上位機岡,並根據上位機的指令實時改變電化學工作站的輸出信號案芥。電化學工作站的電化學阻抗譜EIS(electrochemicalimpedancespectroscopy)頻率測量範圍為10μHz~3MHz(1%精度)疼訃鐮。

  單通道最大電流為±500mA墩龔且,電流範圍為1μA~1A妙煩,共7個擋位翁拭泄,精度為當前電流擋滿量程的±0.1%憋令甲。通過增流器可使單通道的電流範圍提高至10A宦箱,兩個以上通道並聯能夠增大設備的輸出電流素耽。溫度采集儀為日置公司的數據采集儀LR8410-30籃舞,使用熱電偶可采集的溫度範圍為(−200~2000)℃當爐漂,最高分辨率為0.01℃絲釜臣,實驗采用K型熱電偶進行溫度采集僧,采集精度為±極速賽車app官網北京極速賽車官網極速賽車開獎官網皇冠;0.5℃導集。高低溫實驗箱的溫度可調範圍為(−40~130)℃似徘。

  室溫下使用Arbin設備多次測量電池容量並取平均值本貶抬,測得電池實際放電容量為2708mA·h茂艾算,並將電池放電至50%SOC狀態烷繕,以避免電池SOC對加熱實驗造成影響痰配記。進行電池低溫加熱實驗前遼,將其置于−28℃的高低溫實驗箱5h以上戎攀,以保證其內部溫度與箱內溫度一致干。通過溫度采集儀將電池溫度信息實時傳送至上位機雄矯惟,電池溫度變化時篩,上位機發送指令七,改變電化學工作站的輸出貓搶掣,從而實現低溫加熱的閉環控制湍鼓。

  2變頻變幅交流加熱策略

  2.1熱-電耦合模型

  目前常用的電學模型主要有Rint模型檬、DP模型和Thevenin模型等[17]繼幢。本文基于Thevenin模型建立電-熱耦合模型靜蒜。

  2.1變幅過程

  研究表明誕溫,恆定電池極化電壓幅值可降低自加熱對電池壽命的北京極速賽車北京極速賽車極速賽車代理反水影響[15]覓,因此需保證電池端電壓交流分量的幅值為恆定值筏快鵲。自加熱過程中電池內部阻抗隨加熱時間變化的曲線筐秤叼,電池內部阻抗隨溫度上升而下降逛軟紡。為保證電池極化電壓幅值恆定擄,需根據電池內阻實時調整所施加的電流幅值客,此過程稱為變幅過程寵鎢。

  2.2加熱策略的在線實現

  使用Bio-logic電化學工作站的GEIS(Galvanoelectrochemicalimpedancespectroscopy)功能輸出恆定幅值和頻率的正弦電流信號靠籬,每隔一定的溫度變化測量電池的EIS淺戲,計算並得到補償的電流幅值和最佳加熱頻率徊鈕姑,將該幅值與頻率作為下次GEIS輸出的參數坤坷竄。由此得到變頻變幅的交流自加熱策略柏逆剖。

  3結果與討論

  3.1變頻變幅自加熱策略實驗驗證

  低溫下電池壽命衰退的主要原因是電池析鋰[19]俱盆,故在選擇交流電參數時眷,不僅要考慮其對電池產熱功率的影響曝駛抱,還需考慮其是否造成電池析鋰漣臘舒。在變頻變幅交流加熱後期姜入蟲,最佳加熱頻率下電池內阻較邪ャ,若保證恆定的極化電壓瓤,則電流幅值較大白。

  但影響析鋰的主要因素是法拉第電流的幅值拿綱,由于電池的大電流幅值是瞬時的損插刺,且大部分電流都是通過非法拉第路徑(電雙層)屆創,故法拉第電流非常蟹 狻,析鋰的可能性很低茸吾瀝。另外聰扯茨,在高頻交流電下坊松,電化學極化及濃差極化將得到抑制[20]丹凰惟,電池的電壓變化主要是由歐姆壓降引起的練晚,這不會造成電池析鋰滔棟,故恆定極化電壓的交流加熱不會產生電池析鋰[16]韓。

  參考電池的工作電壓範圍擅,為避免極化電壓對電池產生不良影響措攜,且有較快的溫升速度廟搏匙,選定極化電壓的幅值為0.45V肝恢捎。加熱策略極速賽車玩法極速賽車開獎會作假嗎和記極速賽車代理加盟設計為每隔1℃改變一次電流幅值和頻率籃身梗。加熱過程前期的極化電壓幅值變化較大免,但不超過10mV確,後期幅值變化小于2mV清,可認為極化電壓幅值恆定艦濺盎。

極速賽車開獎記錄杏彩極速賽車網址平台極速賽車怎麼玩會穩贏   電池在700s內上升47.67℃茶,且由電池模型仿真得到的溫升曲線與實際曲線重合度較高點,兩者溫差不超過2℃咯,模型的準確性較高鄧撢躬。比較兩條曲線可看出穗樞,由電池模型得到的最佳加熱頻率與實測的最佳加熱頻率十分接近戈,說明該模型具有較高的精度金菇。

  3.2討論

  為比較VFVA加熱策略的加熱效果粟暑,在各實驗條件下進行VFVA及不同加熱頻率的CFVA電池自加熱實驗清猴。其中笛嫡,3500Hz和1700Hz分別為電池在−20℃和10℃下的最佳加熱頻率困尺馬。各仿真模型的溫升與實驗溫升的絕對誤差不超過2.5℃鶴烙,相對誤差不超過6.2%柔。說明該模極速賽車規律極速賽車開獎時間型用于模擬電池溫升的效果較好莎。

  電池產熱率決定電池的溫升速率汐脆,同時豹虐熊,電池溫升速率的不同導致在CFVA自加熱策略下最佳加熱頻率作用時間存在差異死,故電池產熱率的差值與最佳加熱頻率作用時間的長短共同決定加熱策略之間的加熱效果差異遼洗噸。對流傳熱系數較小時薔,產熱率佔主導位置;對流傳熱系數較大時腳很,最佳加熱頻率佔主導位置猩涪。需綜合考慮兩者之間的關系才能判斷VFVA自加熱策略的優勢棲煌。

  4結論

  本文以快速加熱電池檬篙輔、同時不對電池產生不良影響為原則鈔疙,在保證極化電壓幅值恆定的條件下合,基于熱-電耦合模型設計了一種電流頻率和幅值時變的低溫交流自加熱策略隴。通過Labview軟件在線實測弦糧長,進行了多項實驗驗證瀝烷老。通過所建立的電池熱-電耦合模型及其仿真結果證明了最佳加熱頻率的存在然紅。

  仿真與實驗得到的最佳加熱頻率結果基本一致諧,電池溫升曲線誤差較釁低骯鍘,均在9%以內肪婆販。通過變頻變幅與1700Hz和3500Hz恆頻變幅交流自加熱策略的對比實驗可看出磨拾,變頻變幅自加熱策略加熱效果最優澀撩,3500Hz的恆極速賽車開獎記錄極速賽車買9個號技巧極速賽車代理反水頻變幅自加熱策略優于1700Hz的恆頻變幅自加熱策略殿。

  其中悍,變頻變幅及1700Hz蓬料賜、3500Hz恆頻變幅交流自加熱策略在700s內的電池溫升分別為47.67℃昏兼、40.83℃和44.01℃扇痊匹,能夠滿足電池在低溫下的加熱需求咐懷桑。不同條件下變頻變幅交流自加熱策略與恆頻變幅交流自加熱策略在700s內電池溫升差異最大為6.84℃橡,溫升速率差異最大值為21.85%乳,說明變頻變幅交流自加熱策略具有較明顯的優勢托詳。

  參考文獻

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