2023新能源车充电关键技术研究报告

韩雪冰王昱李亚伦欧阳明高 车辆与运载学院，智能绿色车辆与交通全国重点实验室，清华大学Email:hanxuebing@tsinghua.org.cn 研究背景与研究现状先进传感与智能电池机理模型与充电控制电池衰减与光储充换工作总结与未来展望 研究背景与研究现状 先进传感与智能电池 机理模型与充电控制 电池衰减与光储充换 工作总结与未来展望 研究背景 “中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。" 一习近平总书记在2020年联合国大会 的重要讲话 能源结构转型是实现双碳自标的必由之路，电力改革是主于通道，交通电气化是加速引擎 研究背景 电源端：可再生能源装机增量全球第一，光伏出货量占全球70%，但风电光伏靠天吃饭，供需无法平衡 口2035年，风电光电将占80%以上的装机容量和40%以上的电量，口2035年，光伏发电成本可降至0.1元/度，风电成本可降至0.2元/度， 研究背景 负荷端：新能源汽车销量全球第一，动力电池产量占全球近70%，但无序充电逐渐对电网造成严重冲击 研究背景 电动汽车的规模化发展正推动我国能源产业向低碳/电气/智能化转型 可再生能源消纳 新能源车用新能源电低碳环保 能源转型 电动汽车大功率快充交通基建 ·电动汽车大功率快充如何更有效地缓解对电网的冲击 ·大规模可再生能源消纳如何更好地与电网相互融合 ·新能源车如何更多地利用新能源电实现真正的低碳环保 研究思路 研究背景与研究现状 ■先进传感与智能电池 机理模型与充电控制 电池衰减与光储充换 工作总结与未来展望 智能电池 长寿命电位传感器 探索智能膜电极制备，测试了不同基底、不同浆料配方，取代了原有电池隔膜，厚度~10μm，并通过厚度、孔隙率调控，实现长循环性能与稳定的电位测量 智能电池 系统性研究了参比阻隔效应，形成了三电极电池模型，开发了参比电位误差修正算法，大幅度减少了测量误差 测量误差肺倍率上升而增加口随充电倍率升高，参比处极化电压偏差引起的误差增大。 智能电池 以电位传感为核心，结合无线通讯技术，实现多传感融合智能电池集成，并开发了相应的管理算法 分布式电位传感植入与缺陷检测 研究背景与研究现状先进传感与智能电池机理模型与充电控制电池衰减与光储充换工作总结与未来展望 总体思路电池最优充电控制 充电MAP与电热耦合模型开发 基于负极电位观测器的无析锂快速充电策略 考虑夏天高温的充电控制策略 夏季电池温度高，快充可能导致温度进一步升高，引起安全性问题。 考虑冬天低温的充电控制策略 考虑冬天低温的充电控制策略 摘权法优化切换温度 Qr =Ey =4rm归一化Gr=样本比重maxf=mg目标函数E=Pyin(au)信息k, =KZE1 E,权重f= 0.66328; + 0.33672#, 低成本 可面向不同电池系统获取相应充电和加热Map优化切换温度实现优异的低温快充 依附双向充电桩无需外部设备成本取决于电价 研究背景与研究现状先进传感与智能电池机理模型与充电控制电池衰减与光储充换工作总结与未来展望 加油站互补型超快能源补给系统：新能源汽车时代的” 光-储-充-换一体化互补型智慧能源系统 关键在于电池寿命 口基本思想：面向智慧能源系统，如何开发一种兼顾计算量与精度的电池衰减模型？ 口降维电化学-半经验公式模型本质是将单颗粒模型 （1维）向半经验公式模型（0维）进行降维 √SEI膜增厚副反应活性材料损失副反应√析锂副反应 电池衰减模型 基于电池衰减的第一性原理，建立了三种副反应之间内部特征参数的耦合关系方程 模型仿真结果 模型仿真结果可以较好的表现多种工况下的衰退特性，尤其是可以可靠表征电池的跳水特性。 与其他半经验模型对比 光储充微网能量管理策略 以系统运行总成本最低为优化标，搭建了基于粒子群优化算法的能量管理策略 口考虑各组件的模型与管理策略，形成微网仿真模型，实现关键参数优化设计。 (1)光伏模型 (2)电池模型 (3)经济性模型 微网参数优化设计 加油站互补型超快能源补给系统：新能源汽车时代的” 全球首个 集超充、重卡换电、光伏发电、智能微网一体的 冬奥会综合示范平台 （清华新能源动力系统团队提供全套技术） 轿车350干瓦超级快充：5分钟充电200公里轿车北方冬季快速加热：7摄氏度/分钟重型电动卡车电池快换：5分钟/次