混合动力汽车用Ni-MH电池的寿命预测

【摘要】：随着当今世界资源日趋短缺和环境的不断恶化,低排放、低污染的新型节能汽车已经成为人们关注和研发的焦点。动力电池作为新能源汽车的动力源是电动汽车的核心部件。电池的比能量、比功率、循环寿命等都对新能源汽车的整体性能产生重大的影响。 目前市场上的动力电池的种类比较多,但Ni-MH电池以其高的比能量、高比功率、无污染和安全性能高等优点,被广泛地应用到混合动力汽车中。所以对Ni-MH电池性能的检测就显得尤为重要。本文通过电池在不同的环境变量下进行充放电试验,得到电池对不同变量变化的敏感程度,在此基础上进行了电池的寿命预测。主要内容可以归纳为以下几个方面: ①介绍了Ni-MH电池的工作原理、发展状况以及电池容量的影响因素。提出了电池容量衰减的表征参数,并通过电池充放电循环试验,得到各个参数随充放电次数的增加而表现出来的不同状况,为电池容量衰减的判定提供了新的方法。 ②温度和充放电倍率是影响电池容量衰减的主要因素。通过电池在不同的环境温度和充放电倍率的状态下进行充放电试验,得到电池容量衰减的变化趋势和电池的损伤程度。基于电池的充放电效率和电池的最小损伤程度,提出电池最佳的工作温度和充放电电流的范围,提高电池的使用寿命。 ③基于反映论模型原理,对阿伦尼斯公式进行修正,得到温度和充放电电流对电池容量衰减的表达式。按照工作电流和温度的最佳工作区域,通过电池在不同工况下的充放电循环试验,采集到电池容量衰减的变化曲线。运用幂函数对容量衰减曲线进行拟合并通过实验数据进行参数的修正,得到电池容量衰减的最终表达式,然后利用电池充放电循环试验,验证电池容量衰减率表达式的正确性和合理性。 ④针对厂商提供的HEV车用Ni-MH电池极限工况下的充放电简化电流,运用损伤累计原理对电池容量衰减状况进行计算。并将计算结果和实验结果进行对比,其计算结果与实际测量值变化趋势一致,但存在一定的误差,表明该公式针对车用Ni-MH电池复杂的实际工况具有一定的适用性。 【关键词】：混合动力汽车 Ni-MH电池 容量衰减率 充放电特性 实验分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM912
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 本文的研究背景与意义9-10
• 1.2 混合动力汽车发展的概述10-12
• 1.2.1 混合动力汽车的国内外现状10
• 1.2.2 混合动力汽车的结构形式10-12
• 1.3 HEV 对动力电池的应用现状和发展趋势12-17
• 1.3.1 铅酸电池14-15
• 1.3.2 高功率镍氢电池15-16
• 1.3.3 锂离子电池16-17
• 1.3.4 燃料电池17
• 1.4 Ni-MH 电池寿命研究必要性17-18
• 1.4.1 Ni-MH 电池寿命研究现状17-18
• 1.4.2 Ni-MH 电池寿命研究关键问题18
• 1.5 论文的主要内容18-21
• 2 Ni-MH 电池特性研究21-31
• 2.1 Ni-MH 电池的容量影响因素21-24
• 2.1.1 Ni-MH 电池的电解液21-22
• 2.1.2 Ni-MH 电池的正负极材料22
• 2.1.3 Ni-MH 电池的自放电特性22-23
• 2.1.4 Ni-MH 电池的过充过放特性23-24
• 2.2 Ni-MH 电池的容量表征参数24-26
• 2.2.1 Ni-MH 电池的开路电压24
• 2.2.2 Ni-MH 电池的内阻24-25
• 2.2.3 Ni-MH 电池的电压稳定性25-26
• 2.3 Ni-MH 电池的容量测定实验26-30
• 2.3.1 实验仪器26
• 2.3.2 实验设计26-27
• 2.3.3 电池容量衰减的表现特性27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 Ni-MH 电池充放电试验31-45
• 3.1 Ni-MH 电池的实验方案和电池设备31-34
• 3.1.1 Ni-MH 电池和实验设备的基本参数31-32
• 3.1.2 Ni-MH 电池的充放电实验方案32-33
• 3.1.3 Ni-MH 电池的简化模型33-34
• 3.2 温度对Ni-MH 电池特性的影响34-37
• 3.2.1 温度对电池损伤的基本原理34-35
• 3.2.2 Ni-MH 电池在不同温度下的表现特征35-37
• 3.2.3 Ni-MH 电池最佳工作环境37
• 3.3 充放电倍率对Ni-MH 电池特性的影响37-42
• 3.3.1 电流对电池损伤的基本原理37-39
• 3.3.2 Ni-MH 电池在不同充放电倍率下的表现特征39-40
• 3.3.3 电流的最佳工作区域40-42
• 3.4 本章小结42-45
• 4 Ni-MH 电池容量衰减特性45-59
• 4.1 Ni-MH 电池循环寿命试验研究45-48
• 4.1.1 Ni-MH 电池基于ADVISOR 的电流仿真45-46
• 4.1.2 Ni-MH 电池基于不同温度的循环寿命试验46-47
• 4.1.3 Ni-MH 电池基于不同电流时的实验方案47-48
• 4.2 Ni-MH 电池循环寿命模型48-51
• 4.2.1 Ni-MH 电池失效模型和失效机理48-50
• 4.2.2 Ni-MH 电池寿命模型理论分析50-51
• 4.3 Ni-MH 电池循环寿命实验51-56
• 4.3.1 Ni-MH 电池寿命实验数据的结果分析51-53
• 4.3.2 Ni-MH 电池寿命模型参数的选定53-56
• 4.4 本章小结56-59
• 5 混合动力汽车用 Ni-MH 电池极限工况实验研究59-67
• 5.1 试验目的59
• 5.2 试验方案59-62
• 5.3 模型预测与实验结果的对比62-64
• 5.4 车用Ni-MH 电池极限工况的寿命预测64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 6 全文总结67-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-75
• 附录75
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录75
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目75

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