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[摘 要]近年来，锂离子电池能量管理系统设计问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了锂离子电池能量管理系统的功能，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就锂离子电池能量管理系统的设计问题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
[关键词]锂离子电池；能量管理；系统；设计
中图分类号：TM 912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0261-01
1、前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，锂离子电池能量管理系统设计的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对锂离子电池能量管理系统的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2、概述
锂离子电池对充放电电流、充放电截止电压、充放电过程中的温度等都有着相当苛刻的要求，所以对锂离子电池设计性能优良的管理系统很有必要[1]。而以电动自行车、电动摩托车和电动汽车的车载动力电池作为代表的动力锂离子电池对管理系统要求就更加苛刻，这是由于动力锂离子电池管理系统不仅要考虑到每个单体锂离子电池的外特性，不能够让任何一个单体锂离子电池发生过充或者过放的现象，而且还必须考虑到动力锂离子电池组在充放电的过程中每一个单体锂离子电池间电压均衡得到有效的保障。
除了已经商业化的锂离子电池外，锂硫电池也是一种非常有应用前景的化学电源，其理论能量密度是现有锂离子电池的 5 到 6 倍，极有望应用于下一代电动汽车，实现续航延长至 500 公里以上。此外，超级电容器也 是一种应用广泛的化学电源，而且制备简单，形式灵活多样。一种可以编制的线型超级电容器在未来可穿戴电子领域具有独特的应用前景。锂离子电池因工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、“绿色”环保 等众多优点而倍受人们的关注，目前已广泛应用于小型用电器中，并正积极向空闻技术、国防工业、电动汽车、UPS等领域发展。
锂离子电池技术的关键在于嵌入式电极材料的成功开发，进一步改进工艺，降低成本和提高性能是现阶段锂离子电池发展的主攻方向；电化学电容器是一种新型的储能装置，因其比功率大、循环性能好，不仅可用作计算机等后备电源和各种小型电子仪器的功率电源，还可以和镁离子电池组合作为电动汽车动力电源系统。因此电化超级电容器寿命长，安全性高，并可以实现快速充放电，是化学电源研究的热点之一。然而，超级电容器的能量密度较低限制了其更多的应用。因此，超级电容器领域的研究关注点在如何提高超级电容器的能量密度。其中，提高比容量是提高能量密度的一种有效途径。电极材料的比表面积、孔道结构和导电性对其电化学性能有着直接的影响。一方面，通过优化电极材料的孔道结构和比表面积可以增加活性位点并提高电解液离子传导率，从而得到高比电容。另一方面，电极利料导电性的提高有利于提升其电子传导率从而得到较高的比容量。不仅如此，还可以通过在电 解液中增加氧化还原电对从而得到高比电容。这一方法为高容量超级电容器的制各提供了新的思路。电化学电容器和Ni/MH电池是目前两种重要的电化学能量储存装 置。与此同时，碱性可充电电池如Ni/MH电池的应用范围已从动力工具扩展到便携式电子产品和电动汽车等广泛领域内。此外，由于Ni/MH具有较高的功率和低廉的价格，因此被认为是电动汽车和混合电动汽车应用中最具前景的选择。金属硫化物由于其高的理论比容量和低成本得到广泛关注。
以廉价的碳酸锂（Li2CO3）和二氧化锰（MnO2）为原料，采用高温分段烧结相结合的方法，合成纯相尖晶石型结构的锰酸锂（LiMn2O4）正极材料。球磨后合成的尖晶石型结构的锰酸锂（LiMn2O4）的性能更为优异，在球磨时间为6小时时达到最佳值（在0.5C倍率下首次充放电为129.3 mAh/g，30循环后容量保持率为94.95%），且研究表明球磨后可以改变锰酸锂（111）晶面的大小从而影响锰酸锂的电化学性能。在体相掺杂改性方向，研究Ni、Co、Al、F等阴阳离子单独掺杂对锰酸锂电化学性能的影响以及Al、F阴阳离子复合掺杂对锰酸锂电化学性能的影响。研究表明，Ni、Co、Al等阳离子单独掺杂改性锰酸锂，首次充放电都是减小的，但是循环保持率明显提高；F离子单独掺杂改性锰酸锂，首次充放电是增加的且循环保持率较好；Al、F阴阳离子复合掺杂改性锰酸锂不但可以保持首次充放电的大小且可以提高其循环保持率。在材料表面包覆改性方向，研究硅溶胶表面包裹改性对锰酸锂电化学性能的影响。研究表明，硅溶胶表面包裹改性锰酸锂后，在锰酸锂的表面形成了一层包裹相，随着硅溶胶加入量的增加，样品（LiMn2O4）的放电比容量是减小的而容量保持率是先增加后减小，当硅溶胶加入量小于2.0 wt%时，样品（LiMn2O4）的容量保持率由92.241%增加到了94.068%，但当硅溶胶加入量大于2.0 wt%时，样品的容量保持率开始减小。
目前，多种金属硫化物已被研究作为锂离子电池正、负极材料，金属硫化物因其新颖的电化学性能和重要技术应用，得到越来越多的关注。MgS作为一种轻金属硫化物，具有原材料丰富和成本低等优点。Mg和MgH2均能与S反应生成MgS，其中机械力化学法制备的MgS/C材料较热反应法合成的复合材料，颗粒更细小，基本小于1μm，其中MgS为纳米尺寸，嵌于无定形C基体中。尤其是以MgH2和S/C为原料通过机械力化学法制备的MgS/C材料，其颗粒更为细小，纳米晶MgS均匀弥散均匀成分于碳基体中，其作为锂离子电池负极材料具有优异的电化学性能，其首次容量高达1741inAh/g，首次库伦效率为81%，容量下降主要发生在前10个循环，随后循环性能优异，80个循环后，放电比容量约为630mAh/g。人们对化学电源的要求越来越高。尖晶石型结构的锰酸锂（LiMn2O4）因其丰富的资源来源、廉价的成本、无污染等优势，是近期发展现状下锂离子行业最有发展前景的正极材料。尖晶石型结构的锰酸锂（LiMn2O4）因为诸多因素的影响，电池的性能还不是很好，因此改善其性能成为研究热点。
3、结束语
综上所述，加强对试析锂离子电池能量管理系统研究与设计的研究分析，对于其良好效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1] 王树坤，黄妙华，刘安康.基于锂离子动力电池的纯电动汽车能量管理体系控制策略与优化[J].哈尔滨工业大学汽车技术学院学报. 2017（11）：60-62.
[2] 凡旭国，周金治，高磊.锂离子电池特性建模与SOC估算算法的研究[J].微型机与应用. 2017（01）：115-116.
作者简介
赵利涛，身份证号码：4107811983****2013
薛春丽，身份证号码：4127221986****2581
李瑞凱，身份证号码：1304291987****2610
[关键词]锂离子电池；能量管理；系统；设计
中图分类号：TM 912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0261-01
1、前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，锂离子电池能量管理系统设计的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对锂离子电池能量管理系统的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2、概述
锂离子电池对充放电电流、充放电截止电压、充放电过程中的温度等都有着相当苛刻的要求，所以对锂离子电池设计性能优良的管理系统很有必要[1]。而以电动自行车、电动摩托车和电动汽车的车载动力电池作为代表的动力锂离子电池对管理系统要求就更加苛刻，这是由于动力锂离子电池管理系统不仅要考虑到每个单体锂离子电池的外特性，不能够让任何一个单体锂离子电池发生过充或者过放的现象，而且还必须考虑到动力锂离子电池组在充放电的过程中每一个单体锂离子电池间电压均衡得到有效的保障。
除了已经商业化的锂离子电池外，锂硫电池也是一种非常有应用前景的化学电源，其理论能量密度是现有锂离子电池的 5 到 6 倍，极有望应用于下一代电动汽车，实现续航延长至 500 公里以上。此外，超级电容器也 是一种应用广泛的化学电源，而且制备简单，形式灵活多样。一种可以编制的线型超级电容器在未来可穿戴电子领域具有独特的应用前景。锂离子电池因工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、“绿色”环保 等众多优点而倍受人们的关注，目前已广泛应用于小型用电器中，并正积极向空闻技术、国防工业、电动汽车、UPS等领域发展。
锂离子电池技术的关键在于嵌入式电极材料的成功开发，进一步改进工艺，降低成本和提高性能是现阶段锂离子电池发展的主攻方向；电化学电容器是一种新型的储能装置，因其比功率大、循环性能好，不仅可用作计算机等后备电源和各种小型电子仪器的功率电源，还可以和镁离子电池组合作为电动汽车动力电源系统。因此电化超级电容器寿命长，安全性高，并可以实现快速充放电，是化学电源研究的热点之一。然而，超级电容器的能量密度较低限制了其更多的应用。因此，超级电容器领域的研究关注点在如何提高超级电容器的能量密度。其中，提高比容量是提高能量密度的一种有效途径。电极材料的比表面积、孔道结构和导电性对其电化学性能有着直接的影响。一方面，通过优化电极材料的孔道结构和比表面积可以增加活性位点并提高电解液离子传导率，从而得到高比电容。另一方面，电极利料导电性的提高有利于提升其电子传导率从而得到较高的比容量。不仅如此，还可以通过在电 解液中增加氧化还原电对从而得到高比电容。这一方法为高容量超级电容器的制各提供了新的思路。电化学电容器和Ni/MH电池是目前两种重要的电化学能量储存装 置。与此同时，碱性可充电电池如Ni/MH电池的应用范围已从动力工具扩展到便携式电子产品和电动汽车等广泛领域内。此外，由于Ni/MH具有较高的功率和低廉的价格，因此被认为是电动汽车和混合电动汽车应用中最具前景的选择。金属硫化物由于其高的理论比容量和低成本得到广泛关注。
以廉价的碳酸锂（Li2CO3）和二氧化锰（MnO2）为原料，采用高温分段烧结相结合的方法，合成纯相尖晶石型结构的锰酸锂（LiMn2O4）正极材料。球磨后合成的尖晶石型结构的锰酸锂（LiMn2O4）的性能更为优异，在球磨时间为6小时时达到最佳值（在0.5C倍率下首次充放电为129.3 mAh/g，30循环后容量保持率为94.95%），且研究表明球磨后可以改变锰酸锂（111）晶面的大小从而影响锰酸锂的电化学性能。在体相掺杂改性方向，研究Ni、Co、Al、F等阴阳离子单独掺杂对锰酸锂电化学性能的影响以及Al、F阴阳离子复合掺杂对锰酸锂电化学性能的影响。研究表明，Ni、Co、Al等阳离子单独掺杂改性锰酸锂，首次充放电都是减小的，但是循环保持率明显提高；F离子单独掺杂改性锰酸锂，首次充放电是增加的且循环保持率较好；Al、F阴阳离子复合掺杂改性锰酸锂不但可以保持首次充放电的大小且可以提高其循环保持率。在材料表面包覆改性方向，研究硅溶胶表面包裹改性对锰酸锂电化学性能的影响。研究表明，硅溶胶表面包裹改性锰酸锂后，在锰酸锂的表面形成了一层包裹相，随着硅溶胶加入量的增加，样品（LiMn2O4）的放电比容量是减小的而容量保持率是先增加后减小，当硅溶胶加入量小于2.0 wt%时，样品（LiMn2O4）的容量保持率由92.241%增加到了94.068%，但当硅溶胶加入量大于2.0 wt%时，样品的容量保持率开始减小。
目前，多种金属硫化物已被研究作为锂离子电池正、负极材料，金属硫化物因其新颖的电化学性能和重要技术应用，得到越来越多的关注。MgS作为一种轻金属硫化物，具有原材料丰富和成本低等优点。Mg和MgH2均能与S反应生成MgS，其中机械力化学法制备的MgS/C材料较热反应法合成的复合材料，颗粒更细小，基本小于1μm，其中MgS为纳米尺寸，嵌于无定形C基体中。尤其是以MgH2和S/C为原料通过机械力化学法制备的MgS/C材料，其颗粒更为细小，纳米晶MgS均匀弥散均匀成分于碳基体中，其作为锂离子电池负极材料具有优异的电化学性能，其首次容量高达1741inAh/g，首次库伦效率为81%，容量下降主要发生在前10个循环，随后循环性能优异，80个循环后，放电比容量约为630mAh/g。人们对化学电源的要求越来越高。尖晶石型结构的锰酸锂（LiMn2O4）因其丰富的资源来源、廉价的成本、无污染等优势，是近期发展现状下锂离子行业最有发展前景的正极材料。尖晶石型结构的锰酸锂（LiMn2O4）因为诸多因素的影响，电池的性能还不是很好，因此改善其性能成为研究热点。
3、结束语
综上所述，加强对试析锂离子电池能量管理系统研究与设计的研究分析，对于其良好效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1] 王树坤，黄妙华，刘安康.基于锂离子动力电池的纯电动汽车能量管理体系控制策略与优化[J].哈尔滨工业大学汽车技术学院学报. 2017（11）：60-62.
[2] 凡旭国，周金治，高磊.锂离子电池特性建模与SOC估算算法的研究[J].微型机与应用. 2017（01）：115-116.
作者简介
赵利涛，身份证号码：4107811983****2013
薛春丽，身份证号码：4127221986****2581
李瑞凱，身份证号码：1304291987****2610