鋰離子電池壽命測試與健康狀態(tài)估計

隨著能源危機(jī)與環(huán)境危機(jī)的日益加劇,新能源汽車受到了越來越多的關(guān)注和發(fā)展。鋰電池作為目前主流新能源汽車的動力源,也成為了熱門的研究課題。健康狀態(tài)的精確估計對于鋰離子電池的荷電狀態(tài)估計、剩余行駛里程估計、可靠運行和安全維護(hù)都至關(guān)重要。如何建立工程上易實現(xiàn)、估算精度高的電池SOH估算模型是一個關(guān)鍵的問題。本文首先通過對影響鋰離子電池老化關(guān)鍵因素的分析,設(shè)計并實現(xiàn)了完整的鋰離子電池加速老化對比測試。然后,建立了鋰離子電池等效電路模型,并設(shè)計了考慮多維度老化信息的鋰離子電池健康狀態(tài)估計算法。最后,基于鋰離子電池的老化測試數(shù)據(jù)對健康狀態(tài)估計算法進(jìn)行了驗證。本文模型建立相對簡單,工程上易于實現(xiàn),模型建立依賴于實際測試的大量數(shù)據(jù),可實現(xiàn)高精度估算。本文的主要研究內(nèi)容如下:基于對鋰離子電池老化機(jī)理的理解與分析,提取出了影響鋰離子電池老化的關(guān)鍵運行條件因素;設(shè)計并完成了針對關(guān)鍵老化影響因素的鋰離子電池加速老化測試,積累了充足的實際老化測試數(shù)據(jù)。同時本文也充分考慮了電池內(nèi)阻受溫度、電流和荷電狀態(tài)的影響,在設(shè)計HPPC(Hybrid Pulse Power Characteristic)測試時加入了不同溫度的測試,使加速老化測試更接近實際使用情形。基于已有的常用鋰離子電池老化表征參數(shù),結(jié)合了容量與內(nèi)阻參數(shù)來共同表征鋰離子電池的老化狀態(tài);對比了已有不同的鋰離子電池健康狀態(tài)估計方法的優(yōu)缺點,選擇結(jié)合了等效電路模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的方法估計鋰離子電池健康狀態(tài),并采用了日歷老化模型對估計結(jié)果進(jìn)行修正。其中,對比了不同等效電路模型的優(yōu)缺點,選擇了DP(Dual Polarization)模型用于鋰電池健康狀態(tài)估計。為克服一般數(shù)據(jù)驅(qū)動模型只能進(jìn)行開環(huán)估計的缺點,本文采用實時采集的電壓電流計算歐姆內(nèi)阻并用于健康狀態(tài)估計結(jié)果的修正,提高了估計精度;深入研究了電池的充放電循環(huán)曲線與鋰離子電池健康狀態(tài)之間的非線性關(guān)系,并基于放電曲線數(shù)據(jù)建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,用于估算電池的健康狀態(tài);建立了不同溫度、不同荷電狀態(tài)下的鋰離子電池日歷老化三維數(shù)表,用于估計日歷老化引起的電池健康狀態(tài)衰退。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和日歷壽命模型作為等效電路模型的補(bǔ)充,用于修正鋰離子電池健康狀態(tài)估計的結(jié)果?；贛ATLAB/Simulink軟件,建立了完整的鋰離子電池老化狀態(tài)估計模型,并采用積累的實際鋰離子電池加速老化測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面驗證。

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