基于ITM的锂离子电池五阶恒流快速充电方法研究

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环境污染问题和能源危机日趋严重,影响了汽车工业的可持续发展。电动汽车是一种绿色、经济的交通工具,因此近年来逐渐赢得了市场并被广泛使用。动力电池是电动汽车的重要储能元件,电动汽车的正常运行和良好工作与动力电池自身的性能和充放电特性息息相关。作为电动汽车储能元件的锂离子电池正被广泛应用,研究锂离子电池高效安全的快速充电方法十分重要。
  现有快速充电方法充电速度较快,但在平衡充电效率和消除极化关系的问题上还需进一步完善。本文主要研究了基于改进的田口法(ITM)的五阶恒流快速充电方法,其中运用模糊控制技术去电池极化,从而提高充电速度和充电效率,减小电池最大温升,延长锂离子电池的使用寿命。具体完成的研究内容如下:
  1、选择锂离子电池为研究对象,分析了其工作原理、充放电特性以及影响因素,研究了锂离子电池极化现象的产生机理、原则及消除方法。
  2、介绍了现有快速充电方法的优缺点和用大电流充电来提高锂离子电池的充电效率的难点,重点研究了五阶恒流快速充电方法的原理,研究采用田口法(TM)正交实验技术和锂离子电池RC等效电路模型来确定五阶恒流电流大小的优化值,同时适时添加间歇和负脉冲来实现去电池的极化。
  3、研究极化程度的确定及去极化方法。本文设计两个模糊控制器分别决定给予负脉冲的时机和负脉冲去极化的宽度。通过实验确定了包括五阶电流优化值、间歇时长以及负脉冲幅值、去极化时机及负脉冲宽度在内的基于ITM的锂离子电池五阶恒流快速充电方法的优化充电模式。最后通过对比实验,验证了设计的基于ITM的锂离子电池五阶恒流快速充电方法的有效性,相比传统五阶恒流充电方法和基于TM的五阶恒流快速充电方法,该方法充电时间分别缩短了33.9%和8.8%,充电效率分别提高了1.0%和0.5%,最大温升分别降低了26.3%和17.6%。
  4、建立基于ITM的锂离子电池五阶恒流快速充电系统的结构框图,设计了主电路、各组成子电路以及部分软件实现图,最后搭建锂离子电池硬件实验平台,测试了基于ITM的锂离子电池五阶恒流快速充电系统的功能。
  本文所做的研究适用的系统包括采用动力电池作为储能装置的电动汽车、便携式电子设备、不间断电源等。
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