1. 目的及意义（含国内外的研究现状分析 ）

1.1选题背景及意义

随着石油能源的不断消耗和环境污染不断加剧，世界各国政府及汽车行业普遍意识到高效节能、低排放或零排放对未来汽车产业发展的重要性，其中最重要的一项工作是开发新型绿色能源。锂离子电池作为一种新型绿色能源，被认为是高容量、大功率电池的理想之选。锂离子电池的优点表现在容量大（为同等镉镍蓄电池的两倍）、工作电压高（平均电压为3.6V）、比能量高（140Wh/Kg）、自放电率低（3％～5％）、允许温度范围宽、循环寿命长、体积小、重量轻、无记忆效应、环境污染小等，相对于其他电池具有突出优势，所以锂离子电池的市场不但巨大而且既长期又稳定，非常具持久性和发展潜力。目前世界各国很多汽车厂商正在研究的是动力锂离子电池的充电方式，希望缩短充电时间，提高充电效率^[1]。

1.2研究的目的

了解锂离子电池的组成、结构和工作原理，掌握电池能量效率计算方法，掌握电池充电模型构建方法，分析和比较不同充电方法下电池能量效率变化。

1.3国内外的研究现状分析

二次锂电池问世以来,凭借其循环寿命长、比能量高等优良的性能被应用在生产生活的各个领域。充电作为锂电池使用过程中最重要的一环,直接影响着电池的寿命及循环性能。分析了锂电池的各种不同充电方法,比较各自的充电速度、应用范围、电池寿命和循环性能等特性，可以缩短锂电池的充电时间，提高充电效率。

国内目前对动力型锂电池充电方法的研究已经有了一定的进展，北京交通大学电气工程学院张彩萍、刘秋降^[2]等人基于恒流-恒压(CC-CV)充电模式,研究了动力锂离子电池充电的边界特性。采用极化电压、充电时间、充电容量作为电池充电性能的量化评价指标,提出了基于电池充电边界曲线的阶梯电流充电方法，对比分析了恒流阶段阶梯电流充电模式和恒压阶段阶梯电流充电模式的充电性能。结果表明，与CC-CV充电法相比，采用阶梯充电方法,其充电时间缩短了28.83%，充电容量提高了3.32%，充电极化电压降低了34.65%。

湖北工业大学白婷^[3] 在研究传统快速充电方法的基础之上，对其进行改进，提出间歇-正负脉冲充电方法对蓄电池进行快速充电。

惠州市亿能电子有限公司、北京交通大学冯大明等人^[4] 首先采用0.1C~0.3C电流对锂离子电池进行预充电，当充电容量达到电池总容量的5％时，提升充电电流进入恒流充电阶段；当电池极化电压突变时，进入恒压充电阶段；所述电池在环境温度为20-45℃时，恒流阶段采用的充电电流公式为ICC＝KC×CA；KC表示电池的常温充放电倍率系数，CA表示电池的实际容量，通常Kc取0.5~1。所述方法充分考虑电池外特性参数，兼顾电池充电效率和使用寿命。

湖北工业大学彭潇丽^[5]提出的基于微控制器STM32的智能型电池充电控制电路，并加载了μC/OS-II实时操作系统，使得系统操作智能化，增强与上位机和用户的连接性。采用变电流脉冲-电压脉冲充电方式给电池充电，提高了充电速率，缩短了充电时间，而且电池的循环寿命也相应得到了延长。

上海海事大学物流工程学院汤天浩^[6] 采用非耗散型的ReflexTM充电方法，消除充电过程中的极化现象，在分析改变充电电流参数对充电过程的优化作用基础上，提出一种变流变频充电控制策略。设计双向DC-DC变换器及其控制电路，实现可变流变频的ReflexTM充电策略。

同济大学魏哲学^[7]通过大量实验研究了充电电流和温度对锂离子电池恒流恒压充电性能的影响。分别研究了恒流阶段和恒压阶段的充电特性，以及他们各自对整个充电过程的贡献，最后为了既缩短充电时间，又能增加有效充入电量，在恒流充电方式的基础上，本文提出了在充电末期采用小电流或脉冲充电的充电方式，并通过大量实验验证了充电末期采用小电流充电方式的可行性

哈尔滨工业大学刘双^[8]全对充电控制策略的三个主要问题，快速充电法、串联电池组均衡和充放电设备进行研究设计了锂电池充电控制系统的控制电路和均衡电路，并完成实验调试。实验结果表明，快速充电法可以相对缩短锂电池的充电时间 16.7%，均衡电路能够有效的实现动力锂电池组的电压均衡。

北京航空航天大学刘有兵^[9]等人采用多副边逆变电路实现电池组均衡充电的逆变分压均衡原理，重点分析了该均衡充电方法的主要特点。基于该原理，结合DSP技术设计了一套数字化控制的逆变均衡装置，对某型电动汽车锂离子动力电池进行均衡充电试验，结果表明该方法能有效弥补电池的不一致性，充分发挥动力电池的性能，延长电池的使用寿命。

合肥工业大学韩江洪^[10]等人本发明公开了一种动力型锂离子电池均衡充放电方法，以单体电池端电压为依据，来实现电池在充放电时自动均衡的方法

天津大学唐林^[11]提出了一种基于Buck-Boost电路的均衡充电电路，并给出了均衡电路相关参数的选取原则。此设计部分制作了包括均衡充电主电路、信号采集电路、开关元件驱动电路的硬件装置，以及控制软件程序流程图。最后，搭建均衡充电电路模型，对单元电池仿真模型的均衡过程进行仿真分析，得到了预期效果，验证了所设计电路的有效性

太原科技大学徐磊^[12]在传统的四种充电方法的基础上提出一种变电流快速充电方法，其主要分为小电流涓流充电、分段恒流充电和脉冲充电三个阶段。其中分段恒流充电阶段，采用容量控制法对电池充电电流进行控制，使其不断接近电池最佳充电曲线。

马燕等人^[13]提出一种具有简单结构的锂离子电池的单粒子模型，可嵌入在在线应用的仿真软件中，并提供高精度的动态特性，Premanand Ramadass^[14]也对锂电池平衡充放电做了研究。认为这种方式可以提高电池的使用寿命。MingSan Ouyang^[15] 提出了采用STM32F103芯片的锂离子电池充放电控制器的设计方案，满足充放电的控制要求。

2、基本内容和技术方案

通过查阅相关资料了解锂离子电池的组成、结构和工作原理，掌握电池在充电一系列的原理和表现的规律，掌握常见充电方法的优缺点，掌握电池能量效率计算方法，掌握电池充电模型构建方法，分析和比较不同充电方法下电池能量效率变化。然后查阅和翻译外文文献并按照要求写好文献检索摘要，通过论文资料的搜集、整理与消化吸收，完成开题报告；按照导师的安排，完成需要做的实验并做好实验必要的数据记录，明确需解决的问题，拟好提纲，确定论文框架后，逐步完成论文的撰写。完成的主要任务及要求：

1．电动汽车发展现状及对动力电池的基本要求；

2．确定电池能量效率的计算方法；

3．确定电池充电模型构建方法；

4. 比较不同充放电方法下电池能量效率变化规律。

2016.12.29-2017.1.6

学生在系统中填写选题志愿，指导老师和学生双选。

毕业实习预备周

2017.1.9-2017.1.13

周 次（时间）

1（2.20~ 2.24）

阅读参考文献，整理文献检索摘要。

2-3（2.27~3.10）

赴校外实习、搜集设计资料，并提交实习日记、实习报告。

4（3.13~3.17）

学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。

5~ 6（3.20 ~ 3.31）

进行外文翻译，并提交外文翻译译文。

7~ 8（4.3~ 4.14）

绘图，撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）。

9 ~ 11（4.17~ 5.5）

撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类），绘图。

12（5.8 ~ 5.12）

完成绘图，并完成网上提交毕业设计说明书

13（5.15 ~ 5.19）

学生书面提交毕业设计说明书、图纸或论文，并打印成册。并书面提交答辩申请，并作答辩准备；

14（5.22~ 5.26）

教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审查确定学生答辩资格并予以公示。

15（5.29~ 6.2）

毕业设计答辩。