Исследование влияния форсированных и тяжелых циклических режимов заряда и разряда на физико-химические характеристики функциональных материалов и ресурса литиевых аккумуляторов

Целью проекта является исследование влияния тяжелых режимов заряда и разряда на деградацию катодного и анодного материалов литий-ионных аккумуляторов LFP при использовании соединения LiFePO4 в качестве базового катодного материала и графита в качестве анодного материала. Основные результаты работы: 1. Разработан и создан исследовательский стенд, позволяющий проводить ресурсные испытания аккумуляторов с фиксацией основных эксплуатационных параметров. Особенностью стенда является возможность задавать любую форму токовой нагрузки на аккумулятор (изменять амплитуду и частоту токового сигнала, изменять среднее значение тока, изменять направление протекания тока). Стенд включает в себя 30 независимых силовых каналов, что позволяет проводить тестирования одновременно и параллельно до 30 ячеек, при этом программы их испытаний могут различаться. Также в составе стенда использован комплекс высокоточных измерительных средств и регистраторов. Управление стендом осуществляется микропроцессорной системой, также разработанной участниками Проекта, что позволяет проводить ресурсные испытания по заданной программе без непосредственного участия оператора. Разработан программный комплекс, реализующий интерфейс пользователя и позволяющий задавать программу испытаний, а также формировать базу данных результатов экспериментов. 2. Разработана комплексная программа проведения ресурсных испытаний аккумуляторов в тяжелых форсированных режимах. 3. Проведен анализ методов определения состояния заряда аккумуляторной батареи, установленной на электротранспортном средстве. Предложена методика определения состояния заряда на основе алгоритма расширенного фильтра Калмана с последующим расчетом по схеме Тевенина. С помощью предложенной методики проведена оценка состояния заряда тягового аккумулятора в ездовом цикле Китая и стандартизированных ездовых циклов (NEDC, WLTC). Показано, что предложенный метод обеспечивает хорошую сходимость: средняя ошибка составила менее 2% в сравнении с потенциометрическим методом. 4. Проведен анализ режимов работы и токовых нагрузок для тяговой аккумуляторной батареи (АБ). Анализ проводился для одной из наиболее распространенных в мире марок электромобиля Nissan Leaf с батареей, энергоемкостью 24 и 62 кВтч. Характер движения принимался в соответствии со всемирным циклом испытаний легковых автомобилей (WLTC). В результате исследования установлено, что основными отличиями в режимах работы АБ на электроподвижном составе являются два фактора: быстрое непродолжительное увеличение нагрузки при интенсивном разгоне, в несколько раз превышающее номинальные показатели (для батареи 24 кВтч), и частым реверсивным энергообменом с короткими режимами подзаряда АБ при рекуперативном торможении. 5. В работе изучена возможность получения высокодисперсных наноструктурированных порошков активного катодного материала LiFePO4 при гидротермальной обработке компонентов без добавок и в присутствии двухосновных органических кислот,– щавелевой (pKa = 1.23) и аминотерефталевой (pKa = 3.95). Были получены образцы материалов и исследованы их морфология, текстура и фазовый состав. Методом гидротермального синтеза получены наноструктурированные порошки LiFePO4 различной морфологии.