基于CAN总线的锂离子电池管理系统

针对不同车型所使用电池数量、电池容量等参数不同的情况,设计了一种锂离子电池管理系统。系统以单片机为核心,CAN总线通信为基础,采用分布式网络控制系统结构,实时检测电池的各种运行参数;根据电池状态进行电池均衡、故障诊断报警;通过人机接口进行系统参数标定;通过读取历史存储信息进行离线分析,改进SOC估算方法和减少故障分析成本。试验结果表明,系统运行稳定可靠,可以应用于不同车型,电压测量精度为±5mV,SOC精度为7％。     

基于等效电路电池模型参数辨识方法的适应性研究

使用基于DP模型的非线性等效电路模型建立电池系统通用模型,基于HPPC脉冲实验对电池模型进行参数辨识,并研究电池模型以及其参数辨识方法对于锂离子电池和铅酸电池的适应性.实验表明,对于锂离子电池和铅酸电池,该非线性模型具有较好的模型精度,同时其参数辨识方法也具有一定的适应性.     

基于PSO-RBF神经网络的锂离子电池健康状态预测

针对传统方法估计锂离子电池健康状态(SOH)时内部参数测量困难等问题,提出一种基于粒子群优化径向基函数神经网络的锂离子电池SOH预测方法。通过对锂离子等效模型的研究,结合充放电过程的实验数据,确定了影响锂离子电池SOH特性的几个关键参数。将试验数据输入仿真模型进行网络训练和校验。仿真证明,相比BP神经网络和普通RBF神经网络,该算法的预测精度可提高20%,节省66.7%以上的优化时间。     

锂离子电池热物性参数测量方法综述

锂离子电池的比热容和导热系数是电池热管理系统建模、仿真与控制的必要的热物性参数,是决定模型性能的关键因素。采用参数集总平均方法计算的电池热物性参数依赖电池的化学物理成份、机械结构、材料尺寸和制造工艺等,其准确性和适应性存在问题。通过文献调查,归纳总结锂离子电池的比热容和导热系数的测量方法及其影响因素。分析表明,电池比热容和导热系数常采用独立的试验进行测量,可分为标准仪器(程序)法和自制测量装置法,成本、复杂性、测量误差存在差异。电池比热容和导热系数受到包括电芯材料、形状、容量、SOC、SOH和温度等的影响,比热容与电池形状密切相关,而导热系数受到SOH的影响更严重。测量锂离子电池的热物性参数的方法应具有可重复标定、低成本、装置体积小、结构简单和影响因素充分考虑的特点。     

基于扩展卡尔曼滤波的车用锂离子电池SOC估算

锂离子电池荷电状态(SOC)作为电池重要的内部参数之一,为电池管理系统(BMS)功能实现提供了重要依据。车用锂离子电池为典型的非线性系统,使用锂离子电池时的过充电、过放电、瞬间大电流以及温度等因素都会让电池特性发生不可逆转的变化。以卡尔曼滤波为理论基础,结合复合电池模型,提出基于扩展卡曼滤波的锂离子电池SOC估算方法,添加与电池温度有关的容量校正模型以及和库仑效率有关的电流效率模型,实现对SOC估算校正。并通过仿真进行了验证,证明该模型具有精度高、抗干扰能力强的优点。     

超级电容电池在锂离子动力电池系统中的应用

介绍了一种以锂离子电池、 超级电容电池以及电压控制装置为主体的混合能源系统.其中,锂离子电池为车辆主要动力源,超级电容电池为车辆辅助动力源,电压控制装置对母线电压进行控制.在低温环境下,电压控制装置控制锂离子电池与超级电容电池相互充电,从而让锂离子电池通过其内阻产生自发热,实现内部升温.该混合能源系统的优势在于,利用锂...     

基于多时间尺度的锂离子电池状态联合估计

荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计是锂离子电池管理系统的关键技术。针对SOH退化情况下电池模型参数和容量参数发生改变影响SOC长期估计性能的问题,提出了基于多时间尺度的锂离子电池SOC-SOH联合估计方法。建立多时间尺度状态空间方程,构建SOC-SOH与电池模型参数间多维度空间插值曲面,基于无迹粒子滤波算法实现锂离子电池状态联合估计。根据SOH估计结果更新用于SOC估计的电池模型参数和容量参数,在SOH估计中以在线健康因子作为系统观测量实现在线联合估计。实验结果表明,在锂离子电池全寿命周期中,相较于未考虑SOH退化情况,方法在SOC估计的最大误差、平均误差和均方根误差方面有明显降低,较好地提升了SOC的长期估计性能。     

锂离子电池高精度机理建模、参数辨识与寿命预测研究进展

拥有高能量密度、低自放电率和长寿命的锂离子电池是电动车辆的主要储能单元,其性能直接影响了车辆的动力性和安全性。然而,锂离子电池是复杂的电化学系统,其内部状态具有时变性和不可观测性。此外,电池在使用过程中性能将不断衰减,将给车辆的安全性带来隐患。为保证电池在车用工况下的高效、安全和可靠运行,需要对电池实施有效管理。电池模型是管理算法的理论基础,参数辨识是模型应用的前提,而寿命预测是保证电池安全的关键技术。针对上述实际应用需求,综述了锂离子电池高精度电化学-热耦合机理建模、模型参数辨识和寿命预测的最新研究进展。重点关注宏观电化学模型中模型重构和模型简化两种模型降阶方法,对比分析参数辨识中试验测量和非拆解式辨识方法的特点,全面总结寿命预测中基于模型、基于数据驱动和融合式算法的算法架构。在此基础上,总结现有研究的不足并对未来研究方向提出展望。     

车用锂离子电池电化学-热耦合高效建模方法

精确的电池模型是车用锂离子电池系统状态估计和能量管理的基础.电化学机理模型用途广、精度高,是下一代电池管理系统的重点研究对象.然而,目前电池电化学机理模型建立过程中存在参数获取困难、依赖后期参数标定等问题.为此,提出一种大容量车用锂离子电池电化学-热耦合高效建模方法.将电化学机理模型的参数进行分类,对可测量/辨识参数(几何尺寸、正负极初始化学计量比和固相颗粒最大嵌锂浓度等)进行精确的测量和参数辨识.利用不同温度下的脉冲充电试验来标定固相扩散系数Ds和反应速率常数ko进一步地,建立电池产热模型,搭建考虑温度影响的电池电化学-热耦合模型.不同倍率充放电、不同温度下的脉冲放电和动态应力工况测试下试验验证结果显示,所搭建的模型具有很好的精度和适应性,电压平均误差小于10 mV,温度平均误差小于1.1℃.参数敏感性分析结果显示固相扩散系数Ds的减小会导致电极颗粒内部锂离子浓度差变大,从而使得颗粒表面电势提前达到截止电压,降低电池容量;反应速率常数k的减少主要影响电池阻抗,将造成放电电压曲线整体下移和产热增加.所提出的建模方法可以快速高效地建立精度高、普适性好,成本低的电池电化学-热耦合模型.     

基于层次分析法的锂离子电池产品质量风险管理评估

锂离子电池产品近年来应用广泛,关于锂离子电池安全性问题的报道屡见不鲜,引发的安全事故已经威胁到了消费者的人身安全。针对锂离子电池产品开展风险管理,对于提高锂离子电池产品质量安全监督水平具有积极的作用。针对锂离子电池产品质量风险产生的重要环节和因素进行分析,通过建立层次分析模型,得到产品质量风险评价指标权重,并针对影响较大的因素给出了合理化建议,对于实现对锂离子电池产品质量风险的系统监管,完善质量风险管理体系,实现科学监督管理起到了促进的作用。     

基于锂电池等效电路模型的阻抗曲线拟合算法

近些年利用电池阻抗谱(EIS)估算锂电池状态的研究取得了较大进展。本文提出了一种EIS等效电路模型参数提取算法,用于分析提取不同状态下的电池等效电路参数,具有简单、不易发散的优点。首先通过结合模型的物理意义计算获得等效电路模型参数初值,然后利用等效电路与EIS之间的映射关系进行迭代,从而实现了参数的提取。对比理论参考值,提取的关键参数的误差低于4.4%。为了获得锂电池在不同荷电状态下的EIS数据,利用电化学工作站在恒温状态下测量选用的磷酸铁锂电池,利用算法编写的软件实现等效电路参数的提取。通过对比不同荷电状态下的等效模型参数,在一定程度上验证了利用EIS快速估计锂电池状态的可行性。     

Estimation method of state-of-charge for lithium-ion battery used in hybrid electric vehicles based on variable structure extended kalman filter

Since the main power source of hybrid electric vehicle(HEV) is supplied by the power battery, the predicted performance of power battery, especially the state-of-charge(SOC) estimation has attracted great attention in the area of HEV. However, the value of SOC estimation could not be greatly precise so that the running performance of HEV is greatly affected. A variable structure extended kalman filter(VSEKF)-based estimation method, which could be used to analyze the SOC of lithium-ion battery in the fixed driving condition, is presented. First, the general lower-order battery equivalent circuit model(GLM), which includes column accumulation model, open circuit voltage model and the SOC output model, is established, and the off-line and online model parameters are calculated with hybrid pulse power characteristics(HPPC) test data. Next, a VSEKF estimation method of SOC, which integrates the ampere-hour(Ah) integration method and the extended Kalman filter(EKF) method, is executed with different adaptive weighting coefficients, which are determined according to the different values of open-circuit voltage obtained in the corresponding charging or discharging processes. According to the experimental analysis, the faster convergence speed and more accurate simulating results could be obtained using the VSEKF method in the running performance of HEV. The error rate of SOC estimation with the VSEKF method is focused in the range of 5%to 10%comparing with the range of 20%to 30%using the EKF method and the Ah integration method. In Summary, the accuracy of the SOC estimation in the lithium-ion battery cell and the pack of lithium-ion battery system, which is obtained utilizing the VSEKF method has been significantly improved comparing with the Ah integration method and the EKF method. The VSEKF method utilizing in the SOC estimation in the lithium-ion pack of HEV can be widely used in practical driving conditions.     

基于机械振动信号的锂离子电池组连接故障诊断

为满足高电压大容量的实际应用场景和需求,锂离子电池组往往由成百上千的电池单体通过螺栓、焊接等方式串并联组成。电池组单体间的连接故障会导致接触电阻升高和连接处异常发热,严重影响电池组的性能和安全。提出一种基于机械振动信号的锂离子电池组连接故障诊断方法。利用压电陶瓷传感器实现电压信号和振动信号的相互转换,在每种故障模式下采集振动信号;基于稀疏测度指标和熵测度方法在频域和时域提取故障特征以描述锂离子电池组在不同连接故障模式下的故障特性;利用最大相关最小冗余算法降低高维特征空间的冗余度,选择出最重要的特征;在此基础上,建立基于差分进化算法优化的支持向量机诊断模型。结果表明,该方法诊断准确度为0.963,可以准确检测到锂离子电池组的连接故障并明确故障发生的位置。     

锂离子电池健康评估和寿命预测综述

随着锂离子电池的广泛应用,其健康管理和寿命评估成为很多领域的挑战和热点研究问题。为此,本文针对锂离子电池健康管理和寿命预测的研究现状进行分析,重点归纳和总结锂离子电池剩余寿命预测的方法和应用现状,涵盖锂离子电池管理系统、退化状态识别和循环寿命预测三部分核心内容。最后,给出一个面向空间应用的实例,并分析了未来的发展趋势和研究挑战。     

多拓扑结构锂电池组外短路特性分析及模型评价

新能源汽车的快速发展受到动力电池系统安全的掣肘,锂电池组外部短路故障是导致电池热失控进而引发汽车起火爆炸的主要因素之一,而不同拓扑结构及初始荷电状态(State of charge, SOC)影响锂电池组外部短路特性。搭建锂电池组外部短路故障试验平台,进行多拓扑结构锂电池组在静置工况下的外部短路试验,模拟汽车停置时电池发生外部短路故障过程,揭示不同拓扑结构及不同初始SOC对锂电池组外部短路特性的影响,为锂离子电池单体分选成组、外部短路故障诊断等方面提供数据支撑。此外,锂离子电池外部短路模型重构是进行故障诊断的基础,对不同等效电路模型对锂离子电池外部短路电压预测精度等进行综合评价,为锂离子电池外部短路电特性重构模型选择提供指导。     

A simulation of the comminution process of homogenized lithium-ion battery models

The simulation of the comminution process of a lithium-ion battery model and evaluation of the performance of three cylindrical battery models derived from previous studies were achieved in the present study. The finite element method (FEM) was used along with dynamic simulation procedures. The models were classified based on the battery material model parameters used in the analysis, namely type A, B, and C models. The battery material models of type A and C were unable to provide results that were consistent with real-world circumstances. In contrast, the type B model gives a realistic battery dynamic reaction. Additional testing on the type B model was performed in terms of battery shard size, fracture energy, comminution pressures, element displacement, battery element velocity, and device capacity calculation. The simulation results revealed that the type B model in this study is capable of properly predicting the dynamic response of the battery, notably when compared to the other two models. The study in the present research could be used in the future to identify the proper cutting tool geometry, estimate the size of the comminution product, and play an important role in the design and optimization of the comminution machine.

     

锂离子电池充放电机械压力特性研究

软包锂离子电池在充放电期间因为锂离子的脱嵌使得电池表面产生形变进而形成机械压力。通过对软包锂离子电池施加一定预紧力后进行正常与滥用的充放电试验研究,揭示电池表面机械压力的变化特性规律。结果表明：在正常充电阶段,电池表面机械压力逐渐增大,在正常放电阶段,电池表面机械压力是一个逐渐恢复的过程;在滥用的过充电与过放电阶段,电池表面机械压力均表现出先缓慢增大后迅速增大(dF/dt■0)的现象。针对过充电和过放电电池表面机械压力迅速增加的特点,进一步基于滥用特性提出锂离子电池热失控预警电压的确定方法和锂离子电池放电截止电压的确定方法,为软包锂离子电池的安全性设计和电池管理系统中过充电、过放电提供理论依据与方法指导。     

[动力电池]基于模型的动力电池系统多尺度热安全设计

针对锂离子动力电池系统的热安全问题,从电池材料、电池单体、电池系统三个尺度,提出了基于模型的电池系统热安全设计开发总体思路。总结了电池材料热稳定性、电池单体热失控特性、电池系统热失控蔓延特性等的测试表征方法。探讨了建立电池热失控的化学反应动力学模型、单体热失控温度与压力预测模型、电池模组热失控蔓延模型过程中需要考虑的因素。利用模型进行仿真分析,可以得到影响电池系统热安全性的主要因素,并指导多尺度热安全设计。     

串联锂离子蓄电池组充电均衡方法研究

介绍了串联锂离子蓄电池组充电均衡器的定义和分类;通过对各类均衡方法优缺点的分析和比较,提出了一种适用于航天器使用的高可靠性充电均衡电路;用Saber对该电路进行了仿真分析,并用MatLab对实际均衡效果进行了仿真和分析;最后对电池组充电均衡电路设计的注意事项进行了讨论。锂离子电池组充电均衡方法的研究及其应用有利于延长蓄电池的寿命,促进锂离子电池在我国航天领域的应用。