基于特征频率阻抗的锂离子电池健康状态评估

随着锂电池的广泛使用,快速准确的估计锂电池健康状态对于电池安全管理十分重要。为准确估计锂电池健康状态,为电池管理系统提供策略,该文在电池正常工作温度范围内对不同荷电状态、不同健康状态的锂电池进行电化学阻抗谱测试,并对锂电池电化学阻抗谱的弛豫时间分布进行分析,筛选出可有效表征锂电池健康状态的特征频率,建立包含温度影响的锂电池健康状态估计模型,提出基于电化学阻抗谱的锂电池健康状态估计方法。实验结果表明,处于低频区的极化过程S1与S2不受锂电池荷电状态的影响。在不同温度下,极化过程S1与S2受电池健康状态的影响较为显著,可以有效表征电池健康状态。该文建立的电池健康状态估计模型可以将健康状态估计误差控制在2.5%以内。弛豫时间分布方法可以实现锂电池特征频率的筛选,且电化学阻抗谱可用于电池健康状态估计,提升电池安全水平。     

磷酸铁锂电池充放电循环过程中电化学阻抗实验研究

本文研究了磷酸铁锂电池充放电循环过程中电化学阻抗变化特征，采用不同规格磷酸铁锂电池在不同放电深度（DOD）、荷电状态（SOC）、充放电倍率等条件下进行实验。实验结果发现:在一定充放电循环周期内，电池欧姆阻抗基本维持稳定，说明电池经过长期充放电循环后未出现严重劣化；电荷转移阻抗先减小后增大，表明在充放电循环初期电池被活化，但在循环后期电池性能逐渐衰退，电荷转移难度增加；固态扩散阻抗仅在充放电循环初期出现显著下降，随后保持稳定，表明初期活化过程可明显改善锂离子的固态扩散。进而得出:若电化学阻抗谱中各部分电阻值无明显增大，表明电池未出现严重的性能衰退，内部性质稳定；用电荷转移阻抗变化可对电池衰减性能进行准确评价；造成电池阻抗增大的主要原因在于正极阻抗的增加。     

磷酸铁锂电池循环过程中电化学交流阻抗研究

研究了商品化磷酸铁锂电池不同倍率循环过程中的电化学交流阻抗谱,分析了电池体系中各部分阻抗随循环次数的变化规律,并对不同循环次数的正负极片表面形貌进行了表征分析。实验表明在较高倍率下电池容量衰减较快,其影响因素主要是石墨负极结构的破坏,与之相对应的是在交流阻抗谱上中低频区新出现的一段圆弧,说明交流阻抗谱的变化与电池性能劣化状态具有相关性。结果表明可以通过电化学交流阻抗谱的特征变化来判断电池的容量劣化状态,为电池的分级筛选和建立梯次利用电池快速评价系统提供了理论依据和技术支持。     

基于分数阶阻抗模型的磷酸铁锂电池荷电状态估计

锂电池荷电状态(SOC)估计是电池管理系统中不可或缺的重要组成部分。锂电池传统整数阶等效电路模型未充分考虑其内部电化学反应现象,故将导致SOC估计结果偏离真实状态。文中以磷酸铁锂电池单体为研究对象,提出一种基于分数阶阻抗模型的锂电池SOC估计方法。该方法利用分数阶元件表征锂电池内部固液界面的输运现象和极化效应,基于分数阶微分理论建立状态转移方程和系统量测方程,并针对锂电池高度非线性的工作特性,利用无迹变换逼近原始状态分布,运用分数阶无迹卡尔曼滤波算法估计锂电池SOC。实验结果表明,分数阶阻抗模型能准确描述锂电池工作特性,所提算法在估计精度和跟踪速度上有一定提高。     

锂电池成组连接技术的研究

由于锂电池成组连接技术的限制,电池成组后的性能和寿命远远低于单体电池的原有水平,锂电池成组技术是现阶段亟待解决的技术壁垒。针对锂电池成组的特点,利用散热仿真软件模拟计算锂电池模块的温度场情况。从生产工艺角度出发,设计了三种不同的锂电池成组连接方式,通过测试连接阻抗、最高温度、温升、温差等情况,研究了不同锂电池成组连接技术对电池组散热性能的影响。     

基于锂电池模型和分数阶理论的SOC-SOH联合估计

基于锂电池荷电状态（SOC）和健康状态（SOH）的耦合关系，设计了SOC-SOH联合估计系统。首先，构建锂电池等效电路模型和自适应扩展卡尔曼滤波（AEKF）算法，进行锂电池SOC估计；其次，建立锂电池分数阶模型，设计模糊控制器辨识分数阶模型参数，基于分数阶模型参数和电池充电工况确立健康因子，引入麻雀搜索算法（SSA）改进反向传播神经网络（BPNN），进行锂电池SOH估计；然后，集成SOC与SOH估计方法，设计联合估计系统；最后，设计锂电池老化实验、动态应力测试（DST）和US06动态实验方案，对比分析不同工况下不同算法的SOC-SOH联合估计效果。结果表明，基于提出的SOC-SOH联合估计方法，估计误差小于1%，具有良好的估计特性。     

基于电化学阻抗谱的锂电池过充电阻抗特性与检测方法研究

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电行为及过程开展检测研究,在实验室设计并制定电池过充电模拟循环实验,利用弛豫时间分布法对锂电池阻抗特性进行分析;在获得电池阻抗特性的基础上,对电池弛豫时间分布曲线进行解析;最后筛选阻抗特征参量为模型输入量,构建支持向量机模型进行电池过充电检测。结果表明,弛豫时间分布曲线中的极化峰P₁对应锂离子在固态电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜中的扩散过程、极化峰P₂对应电子在正极材料中的扩散过程、极化峰P₃对应锂离子在电极界面的氧化还原反应。过充电会导致电池欧姆内阻、SEI膜内阻与电荷转移电阻的增长速率最大为正常循环的266%、360%和182%,其中固态电解质界面SEI膜内阻为主要因素。电化学阻抗谱的阻抗特征参量以及支持向量机模型可以用于锂电池过充电检测,估计精度达93....     

基于实时阻抗估计的析锂检测

提出一种基于动态电化学阻抗谱(DEIS)技术的锂离子电池阻抗分析的析锂检测方法。在充电电流上叠加正弦电流,实时检测电池低频阻抗虚部,当充电早期低频阻抗虚部出现谷值特征点,则表明在该条件下析锂已经发生。在多个温度和充电电流下检测了两类锂离子电池。通过电压弛豫曲线法验证了所提出的DEIS技术的有效性。实验结果表明,所提方法能够有效检测不同温度、倍率的三元锂和钴酸锂电池发生的析锂现象,可有效降低析锂发生率,支持新的快速充电方式开发以优化获得最优充电时间。     

锂电池电化学阻抗谱的多项式等效电路模型

选取磷酸铁锂圆柱形锂离子电池为实验对象,测试其在263、273和283 K低温环境,298 K常温环境和不同荷电状态(SOC)值下的电化学阻抗谱,建立锂电池多项式等效电路模型,对比了传统等效电路和多项式等效电路的拟合性能,结果表明多项式等效电路模型具有良好的性能,八阶多项式函数足以描述SOC对电路参数的非线性影响,为预测不可见SOC的阻抗谱和电路参数奠定了基础。     

动力锂电池放电特性实验研究与分析

针对某动力锂电池进行一系列的放电实验,分析该锂电池在不同放电倍率下的特性,为测试提供了测试参数,讨论了该锂电池容量的测试依据,并测试了某品牌10Ah锂电池放电特性及容量,为锂电池的快速检测提供测试依据。     

基于过渡过程分析的锂电池内阻检测

以常用的锂电池模型为研究对象,通过对电池放电过程瞬间电流阻断产生的过渡过程的分析,提出了一种锂电池模型参数估算方法,进而实现对锂电池内阻的在线实时辨识。通过实验,获得了电池内阻在不同工况下的变化趋势。     

电化学阻抗谱法预测锂电池荷电状态

为了准确预测使用过程中的电池荷电状态,提出了电化学阻抗谱预测法.通过试验曲线得知电池的阻抗图谱包含一个高频区的感抗弧和两个低频区的容抗弧,由此建立了锂电池合理的等效电路,并通过非线性拟合的最小二乘法和电化学知识相结合,解析了等效电路中的元件参数值.研究各参数随荷电状态变化的规律,发现阻抗模的最大值处的频率fmax、相角参数φ以及等效电容CS可用于锂电池荷电状态的分析和预测.     

再利用退役锂动力电池的性能评估

以电动汽车退役锂电池为研究对象,采用外观检查、电池容量测试、脉冲特性曲线、电化学阻抗谱等多种方法评估电池外部及内部特性。研究结果表明:通过外观检查和容量测试将退役锂电池初步筛选和分组;脉冲放电电压是评判电池一致性的一个重要指标;从阻抗角度分析影响退役电池容量衰减因素,首先是浓差极化阻抗,其次是电荷转移电阻,而欧姆内阻的影响较小;退役电池的状态评估和一致性分组需要采用多种电池性能参数综合判断。     

基于AMEsim的锂电池健康状态估计模型实验研究

新能源汽车动力电池健康状态（state of health，SOH）是一个表征电池性能优良的重要评价指标。针对准确估计18650锂电池健康状态这一目标需求，在锂电池单体数学模型的基础上，通过其等效电路模型分析影响锂电池健康状态的因素，采用通用非线性模型（gneral nonlinear model，GNL）电池等效电路和扩展卡尔曼滤波算法，在AMEsim仿真环境下搭建了锂电池SOH估计模型，并对18650锂电池进行充放电循环实验，将采集到的数据集导入AMEsim估计模型的数据模块中进行算法仿真。仿真实验结果表明，SOH估算误差小于8%，建立的锂电池SOH估计模型满足估算精度高，响应速度快的目标需求。     

磷酸铁锂电池性能衰退与容量预测模型研究

动力电池由于老化导致的性能衰退与储能系统功率吞吐能力密切相关。为了揭示磷酸铁锂电池的老化特性,进行了实验研究。通过不同恒定倍率下的循环老化实验和特性实验,获取了磷酸铁锂电池特征参数的变化规律以及容量增量分析(ICA)曲线的变化趋势。实验结果表明,磷酸铁锂电池的容量和欧姆内阻随老化变化明显。利用半经验老化模型结合2 C循环老化实验结果验证了电池可用容量预测结果,预测模型能够有效地预测电池可用容量衰减,预测误差在2%以内。     

极地超低温环境下磷酸铁锂电池容量估计

阐述了影响磷酸铁锂电池低温性能的因素,使用超低温试验箱模拟极地的超低温环境,用磷酸铁锂电池在不同等级温度下进行充放电实验,并绘制放电曲线图。通过对实验结果的分析获取了磷酸铁锂电池的低温特性:随着温度的降低,磷酸铁锂电池的放电容量会随之减小,在20、10、0、-10、-20、-30、-40、-50℃以标称电流3A放电,可用容量分别为标称容量的93.33%、86%、80.67%、78%、70%、64%、32%、24%。分析磷酸铁锂电池放电容量与开路电压的相关性,提出了磷酸铁锂电池的容量估计方法。     

锂离子电池固态扩散阻抗的Voigt建模与参数辨识

固态扩散阻抗表征锂离子电池电极性能，为测试和改进电极材料提供了便利。将可兼顾分析电极参数影响和模拟过电压且具有物理意义的Voigt模型从表示正极平面、球形颗粒阻抗推广至圆柱形颗粒阻抗模型用于石墨等负极材料，将颗粒粒径等电极参数与模型参数相关联，建立模型过电压表达式，分析电极参数对电压的影响，并引入具有全局搜索方式的花朵授粉算法将表达式拟合电压测量值，得到模型参数的最优解。进一步地将该模型用于商用磷酸铁锂电池的测试分析，预测电极在各类工况下的固态扩散过电压，为锂离子电池电极材料的开发和性能提升提供技术支撑。     

同轴电缆中阻抗不匹配对测量信号的影响

从理论分析并经实验证明，在同轴电缆测量线中引入一段阻抗与电缆阻抗不同的过渡段时，过渡段的阻抗和长度对传输的信号会产生影响。当被测信号的脉宽远大于信号在过渡段中来回传输的时间时，波形不会产生畸变，幅度的减小量很小。反之，波形产生阶梯，阶梯幅度大小与过渡段阻抗大小有关。     

锂离子电池荷电性能检测及健康状况分析

为获得一种方便快捷的锂电池健康状态检测方法,以18650型号锂离子电池作为实验对象,进行老化实验,并记录老化过程中的荷电性能变化。在排除了电池放电自发热的影响后,对比不同老化程度下的锂电池荷电性能,发现随着锂电池健康状况的变化,其电压变化率也会发生规律性变化,从而得出一种通过检测荷电性能对锂电池健康状态进行检测的新方法。实验结果表明,该方法快速准确,可以作为一种检测锂电池健康状态的有效方法,适用于批量的锂电池检测。     

钢板地阻抗的频率特性

该文考虑到交流趋肤效应和电流集中效应的作用，采用三维模型分析了交流情况下扁平钢板的电磁场分布，计算了不同频率下钢板的内部阻抗和外部电感，并且给出了相应的近似计算公式。分析了测量电路的各种影响，提出了相应的补偿方法，采用阻抗分析仪进行了钢板阻抗的实际测量，实验结果验证了理论分析的正确性。