matlab simulink锂离子电池智能充电策略研究

Posted 2022-08-07 studyer_domi

1、内容简介

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2、内容说明

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锂离子电池已经广泛应用于我国目前电子产品市场，当下手机市场和新能源市场对于锂离子电池的大量需求，推动了锂离子电池的发展，我国已经成为世界上锂离子电池首屈一指的消费国和生产国。而在我们的生活中处处能看见它的存在，本文主要针对锂离子电池的充电问题，如何智能化快速充电，增加锂离子电池的储电能力，避免在反复充放电过程中出现储电能力的下降，因此本文在传统锂离子电池充电的基础上，探讨了几种新的智能充电技术，通过电池系统管理组和充电器协调工作，我们就能实时跟踪电池组的输出电流，避免超过最大电流而出现安全问题，也从一定程度上解决了电池的过充问题，对于我国消费类电子产品市场的未来发展，有很大的意义。 

2016年，在电动汽车生产快速增长的推动下，全球和中国锂离子电池行业继续保持快速增长，自主创新不断加速，各种黑科技不断涌现，如新能源类动力产品，如平衡车和新能源汽车，带动了锂离子市场的消费。作为锂离子电池最大的生产国和最重要的消费使用市场，我国在全世界的锂离子电池消费中占有十分重要的地位。由于我国新能源汽车日趋火热，锂离子电池的在各类电子产品的应用不断提高，很多锂离子制造商快速成长[1]，目前我国汽车厂商锂离子电池生产数量已经达到世界前列。
    与此相应而生的是锂离子电池在手机市场的广泛应用，目前的智能技术产品基本上由锂离子电池供电。市场对于锂离子电池的整体需求主要体现在日常消费类电子产品上，近年来国内市场手机生产数量显著提高，现在人人都离不开手机，我们日常的生活中手机已经成为了不可替代的产品，它的在线支付已经让人逐渐脱离了现金，而在短短一个月的时间内，手机产量就能突破上亿台，消费类电子产品平需求更大。同期，市场电动汽车和笔记本电脑总产量日趋上升，其他电子产品表现相对比较普通。鉴于手机市场表现较佳，我们认为2013年锂电池行业的需求预计将保持稳定增长。
伴随者市场应用的不断普及，与此带来的问题就是如何实现锂离子电池的快速充电，以及它的使用寿命和安全隐患问题，本文就是基于当前锂离子电池的发展现况下，探讨的是如何实现锂离子电池的智能化快速充电[2]。

2.  锂离子电池的发展和现状

2.1 锂离子电池的提出

在20世纪70年代，外国学者使用不同的材料制成首块电池，这为锂离子电池的出现开辟了方向，正极材料为金属化合物，负极材料为金属锂。组装电池后，电池有电压，无需充电。这种研究成果指出了未来电子产品内部电源的走向。例如，我们很久以前使用的相机设备包含锂离子电池。但这只是一个理想化的设计，还没有引起太多人的重视，另外这种电池在充放电循环过程中很容易造成储电能力下降，造成电池内部短路，所以我们平时不给这种电池充电。
   1982年，国外两位学者发现，锂离子电池内部可以填充石墨，这是一种可逆且快速的过程。同时，锂金属锂电池的安全性也不容忽视，因此有人开始利用锂离子嵌入石墨的特性制造充电电池。

1983年，国外专家发现如果电池正极加入金属元素如锰元素，会提高电池的使用寿命，同时也降低了成本，因为这种晶石不易分解，且它的抗氧化程度也十分好。即使发生短路或者过充电，也不会发生安全事故[3]。

1989年，A.Manthiram和J. Goodenough发现，如果正极与聚合物阴离子组合物一起使用，将获得更高的电压。

九十年代末，索尼公司首次将碳材料加入到电池的负极中，极大的改变了锂离子电池的制作工艺。在充电和放电过程中，使用锂离子代替锂金属。这就是我们平常使用的锂离子电池。随后,由于这种锂离子电池的出现,消费者技术产品市场正在走向另一条道路。具有锂的氧化物作为正极材料的这种电池是便携式电子设备的主要供电来源。
    1996年，科学家发现非金属的酸式盐可以作为优良的正极材料，且提高了锂离子电池的安全性。并且可以承受高温。循环次数也得到提高,储电性能大大超过两极由传统材料制成的锂离子电池。

2.2 锂离子电池的发展现状

近年来，国内锂离子电池销售状况日趋火热，这与手机和笔记本电脑的广泛普及是分不开的。锂离子电池已经成为当下的热门了，动力类锂离子电池异军突起，同时在产量上，锂离子电池的产量销售也有了大幅度的增长，其他电子产品的市场地不同程度的都受到了锂离子电池的影响，由于政府对于新能源项目的大力扶持，针对于当下热门的电动汽车，其能源由动力类电池提供，而出口的二次型燃料电池和铅酸电池等也不再占据主导位置，动力类电池将会成为市场的首选，同时也能解决环境污染的问题，因此动力类电池的制造商将会迎来一个很大的发展机会，当前国内电子产品市场对于锂离子电池的需求不断增长，在线支付产业的快速扩大让手机电脑等数码产品不断普及，由于政府对于新能源项目的大力扶持，让电动汽车市场对于锂离子电池尤其是动力类电池的市场份额正在迅速增加;动力类电池逐在市场广泛普及，储能锂离子电池的市场份额从零开始。

同时锂离子电池的开发上出现更多的种类，比如聚合物，动力类和高性类，聚合物锂离子电池由原来的锂离子电池以电解质为液态的锂离子基础上发展而来，正极为一般导电材料，负极为碳材料，电解质采用固态聚合物。由于其性能更稳定，它也被认为是液态锂离子电池的替代品。许多公司正在开发这种新型电池。还有就是动力锂离子电池，通常来说，动力锂离子电池是指的是可以为车辆，大小仪器和家用电子产品供电的锂离子电池，电池的容量一般也比较小。一般的动力类锂离子电池根据它自身的容量和功率也有区别。高容量电池可用于各种车辆，如电动车和一些小型无人机;高功率电池主要用于大型器材设备,对电池的需求相对较高，例如一些电动汽车和大型医疗设备。动力类锂离子电池也因为组成成分的不同分为不同几种。当下,为了改进传统锂离子电池的电量储蓄容量和循环使用次数,为了提高基础储电单元的储电容量，正在开发其他的优良材料。然而，其问题在于新材料在充电时间方面有明显的波动，即充电周期存在很大问题，并且在电池反复充电和放电之后存储容量显着降低。为此，必须采用另一种方法。他们将锂化合物与其他几种材料结合使用来加热，因此他们开发了一种新的纳米结构材料和碳纳米管。这种方法在当时彻底改变了电池结构并带来了深远的影响[5]。

这种稳定的新型材料比之前的储电材料的储电能力大大提高，而且，制作工艺简单，成本低廉，不会因为反复充放电造成电池性能的下降。研究负责人表示，如果这种新材料的开发技术成熟，其存储容量和存储密度将大大提高，同时投入开发的成本也可以降下来，即可以大规模的投入到市场中去。在重复充电和放电期间，避免了其电力存储容量明显降低的问题。

 

3、仿真分析

4、参考论文

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