锂离子电池变频脉冲快速充电方法研究

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1、锂离子电池变频脉冲快速充电方法研究第1章引言1.1研究背景和意义20世纪，能源的主要供给来自化石原料（包括煤、石油、天然气等），化石原料不仅用于热力发电，而且也可用于快速交通领域。2008年的石油危机以及全球的气候变化，打破了人们目前依赖石油的现状，从而确定了新的技术发展方向，促使太阳能、风能、核能等可替代能源转化为电能。另一项需要同时发展的技术就是把这些能量以便携式的方式来存储。便携式存储可以满足世界各国人们日益增加的通过高速通信通信和交通进行联系的需求[1]。由高能量密度组成的便携式能源不仅让个人通信、娱乐和计算设备变得可能，而且可以运用在电动汽车中，改善人们的出行

2、。近年来，这种便携式能源已对运用于交通工具中的电池产生了影响。汽车制造业的发展对国家经济的发展起着巨大的作用，但是燃油汽车排放的尾气给我们的环境带来了一系列的污染问题。能源危机是各国都需要面对的问题，参考国际能源机构的统计结果表明中国正在成为对能源消耗最多的国家，对原油的依赖程度相对于美国高出了1.7%。在接下来的5到10年，随着中国工业化道路的推进对能源的消费要求还会继续增大。然而，燃油汽车的大量使用消耗了地球上资源天然气和石油，通过燃烧把化学能和热能转为汽车的动能但这不仅浪费了有限的能源，而且给我们的环境带来了不好的影响。为解决日益匮乏的自然能源和实现汽车工业的可持

3、续发展以及人与环境友好和谐发展的要求，开发和利用清洁可再生的新能源成为人类社会发展和进步的必然选择[2]。中国正逐渐成为汽车生产和消费大国，面临着的重大挑战就是节能减排。电动汽车的发展已经是汽车制造业将来的重要研究方向[3]。与燃油汽车相比，它的动力是电，优势较多，如没有排放污染气体、噪音小、利于保护环境、在一定程度上可以调整能源布局以及回收更多的能量等。从环保、经济和技术的角度出发，发展电动汽车[4]是改善城市环境的最有效措施，也是消除能源危机的重要途径，而电池科技的发展是将化石燃料转向可替代能源的关键。..........1.2锂离子电池发展现状锂离子电池由于其卓越

4、的性能，从1980年阿曼德提出其概念开始，就受到了广泛重视，发展迅速，电池性能不断改善和提高，应用范围也在不断扩大，在很多领域逐步取代了传统电池。日本对锂离子电池的研究比较早，其产出的电池长期处在世界前列，其生产设备已经实现全部自动化。在1980年，我们国家也对锂离子电池展开了研究。在锂离子电池得到越来越广泛使用的同时，电池的性能也得到了改善。从1990年开始，国家开始了863重点攻关项目[7]，使镍氢电池的应用得到了迅速发展，自此以后，展开了多项对锂离子电池研究的863[8]科技攻关项目，期望通过这些推进锂离子电池的向着产业管理及大规模发展。在这些政策的鼓励下，锂离子

5、电池在我国各行各业的应用中得到了进一步的发展。在21世纪初，日本生产的锂离子电池有5亿只之多，差不多是全球份额的90%，然而我们国家一年生产的锂离子电池只有0.35亿只。在接下来的第十年，我们国家一年生产的锂电池在36.7亿只左右，相对于上一年增加了33.9%。近几年，随着锂离子电池在我国的发展趋势日益良好，我国已成为电池产量大国[9]，对锂离子电池的研究处于国际先列，与国外相比有很大价格优势。目前锂离子电池已经在移动通信领域和其他家用电器中占有绝对优势，但由于锂离子电池目前所用材料本身的固有属性，其安全性能和大电流充放电性能一直得不到很好的解决，所以作为电动车辆用的动

6、力电池还存在许多有待解决的问题。........第2章锂离子电池工作原理及充电特性2.1蓄电池的选型人口的增加、自然资源的有限和环境的严峻形势促进了电动汽车（EV）的发展，而作为电动汽车供能部件的电池因为容量有限和充电时间过长等问题一直是电动汽车向着更快、更远行驶的重要影响因素。研究和使用经验表明，要想符合电动汽车行驶距离所必需的动力能源要求，动力电池应该要具备能量密度高、输出功率大、平均输出电压高、费效比低、充电时间短、安全性好、使用维护方便、电池承受过充电和过放电能力好等特性。根据文献[14][15]，表2.1比较了目前电动汽车常用的几种类型电池的不同性能。与其他可

7、充电电池相比，锂离子电池在市场上的优势是没有Ni-Cd、Ni-MH电池的记忆效应、高能量密度、自放电小、循环利用性能优越等[16]。锂离子电池的平均输出电压较高，在相同的体积和重量下，单个锂离子电池的电压是Ni-Cd、Ni-MH电池的三倍。工作性能不同的电池能够接受的充电条件也会有差异，所以应该按照充电要求和不同电池的性能选择合适的电池和设计与所选择电池性能相符合的充电方法。根据不同类型电池性能的对比，本文选择锂离子电池作为研究对象来设计与它特性适合的充电策略。..........2.2充放电特性及影响因素锂离子电池一般是先以恒定的电流充