基于改进容量增量分析法的锂电池可用容量估计

针对动力锂电池在使用过程中难以高效准确估计其衰退后可用容量的问题,提出一种不依赖滤波算法的容量增量分析法获取不同型号电池的容量衰退特征,并基于数据驱动的方法搭建可用容量估计模型。首先,分别分析低通滤波与小波滤波在获取容量增量曲线中存在的问题,并对比差分电压值在1、10、20、50 mV时容量增量曲线的形态。其次,采用移动方差算法对不同电压差分值下容量增量曲线的波动性做出评价,确定出峰值特性明显且平滑的容量增量曲线。提取曲线的峰值作为动力锂电池的老化特征,运用斯皮尔曼相关性系数验证老化特征与电池老化状态之间的相关性。然后,引入门控循环单元建立锂电池的可用容量估计模型。最后,将不同老化测试条件下的2类电池老化数据集用于模型验证。研究结果表明:所建立的估计模型能够有效估算锂电池全寿命循环内的可用容量值,2组数据集中测试结果的相对误差除个别值外,多数相对误差值在2%以内;数据组1中,分别选取电池1和电池3测试数据的前50%为训练数据,后50%为测试数据,训练结果绝对误差稳定在0.05 A·h左右,测试结果绝对误差在0.04 A·h左右;对电池2与电池3的全寿命循环可用容量做出估计,结果相对误差稳定在2%左右;数据组2中对电池5、电池6和电池7的全寿命循环可用容量估计结果的相对误差整体亦在2%以内;且模型能够对锂电池循环过程中出现容量再生现象的循环做出4%以内的准确估计,显示出良好的估算精度和泛化能力。     

车用大尺寸锂离子动力电池性能的仿真与分析

为探究车用大尺寸锂离子动力电池内部性能不一致性,基于伪二维理论,建立了二维仿真模型.引入集流体区域电势分布及边界条件,对10～150 cm不同长度电极的电池建模仿真,分析了倍率性能、容量发挥率、阻抗等电性能及局部析锂.结果显示:长度为100 cm的电池在3 C大倍率充电时正极集流体压降高达0.1 V,充电容量发挥率仅为...     

基于优化高斯过程回归算法的锂离子电池可用容量估算

为了解决应用数据驱动算法估算锂离子电池可用容量时存在的电池老化特征提取不准确、可用容量衰退趋势跟踪精度低及模型要求训练数据量大等问题,提出一种基于优化高斯过程回归算法的锂离子电池可用容量估算方法,实现锂离子电池强非线性全衰退过程可用容量精确估算。首先,提取电池表面平均温度、容量增量曲线峰值及峰值对应电压作为表征电池老化状态的健康因子,通过灰色关联度分析法和熵权值法对所选健康因子进行合理性评估;然后,用2个单一核函数构造高斯过程回归算法复合核函数,并利用鲸鱼优化算法完成复合核函数的参数寻优,基于优化后的高斯过程回归模型实现锂离子电池可用容量估算;最后,通过对比不同核参数寻优算法,证明鲸鱼优化算法在参数寻优方面的先进性,并通过与传统的高斯过程回归、支持向量机、径向基神经网络等机器学习算法进行可用容量估算对比,证明模型的有效性。研究结果表明:基于复合核函数和鲸鱼优化算法参数寻优可以有效改善高斯过程回归模型性能,所建立的优化高斯过程回归模型能够基于较少训练数据实现电池容量的精确估算,并能够有效追踪锂离子电池非线性长周期衰退趋势;对不同电池数据也具备较好的自适应能力,可用容量估算最大误差低于1.56%。     

基于SX5256DH434PHEV型混合动力重型环卫车的电池管理系统浅谈

在全球能源危机的情况下,随着国际碳排放出口协定的实施,绿色清洁汽车已经成为发达国家当前汽车技术的发展方向,发达国家多数把锂离子电池作为EV、HEV、PHEV的新能源。由于汽车的复杂工况和锂离子电池电化学特性,一般需要完善的电池管理系统BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM),其作用是对锂离子电池电压、电流、温度、容量、电池的SOC荷电状态计量、电池与车体的绝缘状态等多种电池参数以CAN通讯的方式与车控电脑实时进行信息交换,确保电池的能量发挥到极致,使驾驶者能够随时掌握电池的工作状态,以保证电池的安全。BMS不仅是数字化智能电池系统的中枢神经,也是新能源汽车必不可少的关键部件。     

基于剩余充电电量的锂离子电池组容量快速估计方法

针对传统锂离子电池组容量确定方法存在的效率低、能耗高且只能离线应用等问题,提出一种基于电池剩余充电电量的锂离子电池组容量快速估计方法。首先,基于充电电压曲线一致性原理,以电池组内率先充电至充电截止电压的电池单体电压曲线为基准,通过电压曲线的平移缩放与线性插值计算出各单体电池的剩余充电电量与剩余充电时间,从而实现各单体电池的荷电状态(State of Charge, SOC)在线估计,在此基础上实现电池组容量的快速估计。其次,在电池单体模型的基础上建立电池组的仿真模型,并在全SOC区域上对模型参数进行分段辨识。通过所建立的仿真模型得到电池组的充放电曲线,并对电池组容量进行估计。最后,对4个单体串联而成的电池组进行充电试验。研究结果表明:仿真容量与估计容量误差为1.2%以内,验证了所提出的容量快速估计算法的有效性;利用所提方法估计出电池组容量与试验得到的电池组容量的误差为2.61%;该方法根据电池充电曲线的平移与缩放即可在线估计出电池组容量,可应用于新电池组容量的在线快速估计,能在保证3%估计误差的基础上将检测效率提高到传统方法的2倍以上。     

基于MSP430的汽车蓄电池电压监视器设计

利用MSP430单片机,设计了一种简易的汽车蓄电池电压监视器。利用MSP430提供的内部ADC,对蓄电池工作状态,特别是起动瞬间的电压信号进行采集,绘制瞬时电压波动曲线,并以此曲线作为参考,分析蓄电池工作状态。实测结果表明,通过本文提出的方法,可以实现蓄电池失效的预警。     

基于容量增量变化量曲线的锂电池健康状态估计

提出了基于容量增量变化量曲线的电池健康状态估计新方法，该曲线具有随电池老化平移不明显的特点，并有利于特征参数的确定和提取。利用随机森林方法分析该曲线上各个函数值的重要性，根据重要性筛选出曲线上可以作为表征参数的函数值，并使用神经网络建立起表征参数与健康状态的映射关系。利用马里兰大学老化数据验证该方法的平均绝对百分比误差为0.77%，健康状态估计值误差基本控制在2%以内，具有较高的精度。     

燃油经济模式的蓄电池电压控制系统研究

铅酸蓄电池通过化学能和电能的转换,能够为车辆储存电能和释放电能。如果蓄电池电量充足,在进入燃油经济模式后,可以通过控制蓄电池工作电压,使其放电为用电器供电,减少燃油消耗。本文在分析蓄电池工作原理和燃油经济模式特点的基础上,研究了基于反馈控制的蓄电池电压控制系统,设计了最优充电电压控制算法,并通过车辆在燃油经济模式的试验进行验证,进而优化参数设计,使系统和算法更加合理和稳健。     

不同温度与荷电状态下锂离子电池传荷电阻估计

基于锂离子电池伪二维模型并考虑老化机理建立电化学模型,基于该模型提出了在不同荷电状态和温度下传荷电阻折算方法。在4种不同循环老化工况后,通过获取不同温度和荷电状态下的电化学阻抗谱得到相应的传荷电阻,并采用该折算方法进行不同状态下传荷电阻折算,结果表明折算的平均误差小于9%。该折算方法为利用不同温度和荷电状态下的传荷电阻进行电池寿命状态估计提供了新思路。     

Transient modeling and validation of lithium ion battery pack with air cooled thermal management system for electric vehicles

A transient numerical model of a lithium ion battery (LiB) pack with air cooled thermal management system is developed and validated for electric vehicle applications. In the battery model, the open circuit voltage and the internal resistance map based on experiments are used. The Butler-Volmer equation is directly considered for activation voltage loss estimation. The heat generation of cells and the heat transfer from cells are also calculated to estimate temperature distribution. Validations are conducted by comparison between experimental results at the cell level and the pack level. After validations, the effects of module arrangement in a battery pack are studied with different ambient temperature conditions. The configuration that more LiB cells are placed near the air flow inlet is more effective to reduce the temperature deviation between modules.     

基于老化仿真的电动汽车新型双源电池系统全生命周期成本研究

为了降低换电技术的实施难度和成本,提出一种采用"部分换电"思路的电动汽车新型双源电池系统。通过合适的控制策略,在保证动力平稳输出的情况下,调整电机功率以匹配主、副电池包的端电压,实现供电电池包的灵活切换。为探究双源电池系统的老化规律以及验证其在全生命周期成本上的优势,匹配"大主电池包+小副电池包"和"小主电池包+大副电池包"2种双源电池系统方案,设计具有代表性的城市、城郊和高速等行驶场景以及工作日、休息日的出行和充电方案;采用AutoLion-ST软件建立双源电池包和相同总容量的单个大电池包的电化学老化机理模型,嵌入到AVL/Cruise搭建整车仿真平台中进行联合仿真。研究结果表明:虽然所提出的双源电池系统相比单个大电池包在相同工况中的放电倍率和深度更大,导致老化速率略有加快,但由于双源电池系统中主、副电池包的利用率更高,其全寿命里程之和相比单个大电池包方案反而有17%以上的提升;结合电池梯次利用模型和近年来电池价格的统计结果对全生命周期成本进行计算,认为双源电池系统方案在保证换电运营商获得一定盈利空间的情况下,可以降低全生命周期总拥有成本。     

电池管理系统里的电池健康评估和寿命预测

本文对锂离子电池的应用特性进行了总结,分析了电压、电流、温度三大参数对锂离子电池健康和寿命的影响,尤其是充电截止电压,化成电流和高温情况对电池容量的影响。以不同材料之间的比较试验为基础,重点分析了高充电截止电压,充电电流和高温对材料稳定结构的破坏,从而引发电池循环寿命降低的原理。最后基于电池使用中放电电流和环境温度应力为参数,进行了基于电压、电流、温度的锂离子电池循环寿命预计模型研究,得到锂离子电池循环寿命预计基础模型,为混合动力汽车锂电池3参数与寿命关联模型构建提供了重要的研究基础。     

基于机器学习的锂离子电池荷电状态多步预测

先进电池管理技术依赖于对未来一段时间荷电状态变化的预测，难点在于误差积累和时间依赖性降低引起的预测精度下降。提出采用机器学习结合多步预测策略来提升荷电状态多步预测精度，利用实际锂电池数据研究了不同多步预测策略的效果。结果表明，实际锂电池荷电状态预测在充电过程中具有显著线性特性，放电过程表现出非线性特性。预测步长为 15个时，LR模型、KNN模型、RF模型的 MAPE均低于 6%，R2均大于 0.90。线性回归结合 MIMO策略具有最大的实际应用潜力。     

动力电池SOC估算方法的实时工况对比研究

随着燃料电池混合动力汽车的普及,三元锂电池的荷电状态(SOC)估算应用是电池管理系统的重要研究方向,直接决定燃料电池混合动力系统的续航里程。为进一步了解和探索SOC估算方法的准确性,本文基于电池物理模型,通过安时积分法(AH)和内阻法SOC与实际路况SOC的对比分析,研究结果表明:内阻法SOC估算方法能够更符合实际车辆运营SOC的变化情况。     

锂电池电化学阻抗谱分析

当前电动汽车车载电池均采用到锂电池,其电化学阻抗谱(EIS,Electrochemical Impedance Spectroscopy)是目前一种相对新颖的电化学测量技术。EIS能够为电动汽车锂电池组的电化学系统施加一个频率不同、振幅偏小且交流正弦的电势波,对于测量交流电势与电流信号阻抗比值方面具有良效。文章中简单分析了锂离子电池的电化学阻抗谱相关理论基础内容,然后对锂电池中电池电极电化学的阻抗谱特征进行了深度分析。     

教练用电动车能量管理系统状态监测及SOC估算方法

电动汽车蓄电池组的状态参数主要指各电池工作时的端电压、电流、温度和内阻;为了及时了解各电池的状况及剩余电量,我们以教练用纯电动车为依托,设计了一套能量管理系统。详细研究其核心部分——状态参数监测部分,实现电压、电流、温度、电阻信号的实时采集,然后基于开路电压法与安时累积法,运用一定的算法估算出SOC,并且换算成剩余续驶里程,最后将相关参数在仪表上实时显示。     

基于决策树的异常电池分类方法

提出了一种基于决策树算法的异常电池精准定位和分类方法，帮助人们在电池维修或更换时能够迅速确定故障单体的位置和类型，从而实施准确的维修更换方法，提高故障处理的效率。搭建电池仿真模型获取异常电池的充放电循环数据；以电压数据为基础，训练用于异常电池分类的决策树算法，使用试验数据和云端实车数据对构建的模型进行验证。验证结果表明，该方法能够准确判断异常电池单体在电池组中的位置和异常类型。在不同验证数据上，该方法的分类准确率高达98%以上，能够有效筛选出动力电池组中的异常电池。该结果说明了提出的决策树算法在动力电池异常分类中的有效性和准确性。     

考虑电动公交在途特性的电池状态梯次划分

电动公交电池容量衰减造成里程焦虑增加、服务可靠性降低、电池资源浪费等问题。因此,评估和发现电动公交实际运营过程中影响电池健康状态的关键因素并划分电池状态尤为重要。基于电动公交长时间实际行驶过程中的充放电数据,结合安时积分法与最小二乘拟合建立电池容量估计模型,并据此计算各充放电片段的电池健康状态。进一步考虑电动公交在途特性,从电池组充放电属性、车辆行驶工况、公交营运状态3个角度提取可能影响电池健康状态的相关因素,并采用因子分析法将影响因素组合为12个影响因子,使用随机森林回归构建电池健康状态预测模型,从而根据预测结果的准确性反推获得各影响因子的重要度。最后考虑不同影响因素的重要度,利用加权聚类算法梯次划分电动公交电池健康状态为4个类别,下降梯度分别为-0.013 6、-0.011 9、-0.003 4、-0.002 8,并通过对比研究发现了同一条线路不同梯次的车辆电池组在放电深度、速度标准差、最大加速度和刹车次数等影响因素上的差异。研究结果表明:车辆荷载、电池电流释放情况、车辆行驶中速度的变化、电池的使用时间、线路拥挤状况以及电池充电深度大小对于电池健康状态的影响程度较大,而在公交营运状态相同条件下,驾驶人的行为对电池健康状态衰减程度有着较大影响。     

钛酸锂负极材料研究进展与应用

钛酸锂材料的尖晶石结构以及锂离子在脱嵌过程结构的“零应变”特性使得其相对其他传统锂离子电池负极材料而言具有更加稳定的结构、更长循环寿命以及更好的大电流充放电能力。因此,钛酸锂电池是一种比较理想的动力型锂离子电池负极材料,这里综述了钛酸锂材料的合成、改性研究进展以及目前国内外的应用情况。     

基于SOC-OCV优化曲线与EKF的锂离子电池荷电状态全局估计

SOC-OCV曲线是锂离子电池状态估计的基础.针对传统HPPC测试法在非测试点不能描述电池非线性特性和小电流恒流放电法得到的OCV曲线精度不足等问题,提出一种基于粒子群优化算法的OCV曲线优化方法.该方法将小电流恒流放电得到的OCV曲线进行平移,以平移曲线在测试点与HPPC测试得到的OCV值之间的误差和最小为优化目标,...