面向电动车辆的磷酸铁锂-钛酸锂智能复合电池系统设计与优化文献综述

 2022-09-16 11:09

文献综述(或调研报告):

近年来,因能源的过度消耗致使国际油价逐年上升,直接冲击了经济发展的进程。根据美国国家能源技术实验室数据显示,全世界约有55%的石油被交通运输所消耗;因此,为了达到节能减排的目的,各国相继提高车辆燃油消耗标准,并通过强制性法律法规控制能源的过度消耗[[3]]。

为解决本世纪车用能源紧张问题,全球汽车企业提出了不同的解决方案,在过去的几年内,世界主要汽车生产企业所开发的电动汽车,绝大多数还是以混合动力汽车为主。目前,Tesla公司已经成功研发了一款搭载镍氢电池的纯电动跑车,因锂离子电池的性能优于镍氢电池[[4]],所以各大汽车企业开始尝试应用锂离子电池,宝马公司所开发的电动汽车就是采用锂离子电池,在现阶段车用电池技术已经有所突破的情况下,各国各大车企积极响应环保主题,大力发展电动车辆。锂离子电池的功率密度大,能量密度高,但技术还不是很成熟,还有很大的研发空间[[5]]。

在纯电动汽车的开发中,所涉及的关键技术主要有电池模块,电机模块,控制器以及轻量化车体[[6]],其中,以电池模块最为关键,因为它直接影响着电动汽车的性能,成本和安全。文献[[7]][[8]][[9]]基于复合电源形式,重点介绍了锂离子电池-超级电容复合电源的结构和功率匹配,但功率控制分配策略控制变量数目较少,不能准确高效地控制功率分配。文献[[10]][[11]]介绍了电池的放电倍率和寿命的关系,但也仅局限与恒流充放电对电池使用寿命的影响,没有涉及循环工况下的使用寿命,以及循环工况下的电池折算使用寿命,不能准确反应和模拟车载电池的使用情况。

基于以上问题,本设计将以试验为基础,围绕磷酸铁锂和钛酸锂电池进行搭建电动汽车用磷酸铁锂电池与钛酸锂复合电池模型,从性能和使用寿命方面考虑对模型进行优化。

复合动力配置设计的基本考虑如下:

  1. 充分利用两个能源,两个电池的SOC应同步,以便于充电;
  2. 配置应使电源管理能够保护LFP电池免受高功率负载和频繁的充电/放电;

(3)应考虑车辆再生制动的频繁充电;

(4)系统的可靠性和成本是决定因素。

针对磷酸铁锂和钛酸锂电池,文献[[12]]提出了一种新型的复合动力电池系统(HBS)---由磷酸铁锂(LFP)电池和锂离子电池组成具有Li4Ti5O1 2(LTO)材料阳极的电池。为了研究该复合动力电池系统的性能,首先研究HBS的结构和控制,建立LFP电池老化模型[[13]][[14]][[15]]。

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