【摘要】：隨著新能源汽車產業(yè)的快速發(fā)展,退役鋰離子電池的回收利用問題獲得了人們廣泛的關注。梯次利用是解決退役鋰離子電池回收利用問題的有效方案,在鋰離子電池進入梯次利用前,對其進行性能評估十分重要。本文設計搭建了鋰離子電池時域阻抗譜測量系統(tǒng),提出了不同荷電狀態(tài)(State of Charge,簡稱SOC)鋰離子電池阻抗譜的歸一化方法,在此基礎上實現了對鋰離子電池功率狀態(tài)(State of Power,簡稱SOP)和健康狀態(tài)(State of Health,簡稱SOH)的準確估計,具體的研究工作如下:首先,針對鋰離子電池阻抗譜測量速度較慢的問題,設計并搭建鋰離子電池時域阻抗譜測量系統(tǒng),使用準對數間隔頻率序列生成頻率范圍0.1Hz~1kHz的電壓激勵信號;設計VI轉換電路將其轉換為電流激勵信號作用于待測電池,采集實際電池的電流激勵和電壓響應信號;分別對兩者進行快速傅里葉變換,實現電池阻抗譜的快速測量,并驗證測量系統(tǒng)的可重復性和精度。其次,針對鋰離子電池SOC不同影響阻抗譜的大小和形態(tài)的問題,建立一種鋰離子電池的阻抗譜等效電路模型,通過復變非線性最小二乘回歸方法辨識模型參數,驗證模型的準確性和辨識方法的效果;研究電池阻抗譜與SOC間的關系,通過對模型參數敏感度的分析,篩選出四個高敏感參數,采用數據擬合的方式實現鋰離子電池阻抗譜關鍵參數的歸一化。最后,針對鋰離子電池SOP和SOH估計的問題,以分數階微積分為工具,仿真計算在SOP測試工況下阻抗譜等效電路模型在時域的端電壓響應,實現對SOP的估計;另一方面,研究阻抗譜模型參數與SOH之間的關系,建立BP神經網絡,使用循環(huán)老化實驗數據對其進行訓練,用訓練好的神經網絡實現對SOH的估計;并分別驗證SOP和SOH的估計精度。本文以鋰離子電池阻抗譜作為研究重點,依次解決了鋰離子電池時域阻抗譜測量問題、不同SOC鋰離子電池阻抗譜歸一化問題、基于阻抗譜的SOP和SOH估計問題,實現了基于時域阻抗譜測量的電池性能評估,對于鋰離子電池的梯次利用具有一定應用價值。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM912
【圖文】：

在鋰離子電池電化學阻抗譜的測量中，因果性條件較容易滿足，線性條性條件一般通過使用小幅正弦激勵信號加以滿足。使用小幅正弦激勵信面可以避免對系統(tǒng)產生大的影響，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，另一方面也使得激之間的響應近似成線性關系。 電化學阻抗譜的表示常見的電化學阻抗譜的表示方式有 Nyquist 圖和 Bode 圖兩種。其中 N阻抗的實部為坐標橫軸，負虛部為坐標縱軸，可以較直觀地反映電化學各個反應過程時間常數的大小，對體系參數的變化更加敏感[14]。因此，要使用 Nyquist 圖來表示電化學阻抗譜。一個典型的鋰離子電池電化學阻抗譜 Nyquist 圖如圖 1-1 所示，該阻抗譜圍為 0.01Hz~1kHz，從左到右頻率依次降低�？梢杂^察到該鋰離子電池在阻抗虛部接近為 0，隨著頻率的降低，阻抗實部不斷增大，阻抗負虛部則大后減小然后再度增大的趨勢。

圖 2-1 基于 FFT 變換的阻抗譜時域測量方法原理圖2.2 時域阻抗譜測量系統(tǒng)設計時域阻抗譜測量可選用的激勵方式有兩種：電壓激勵方式和電流激勵方式慮到鋰離子電池充電電阻和放電電阻并不一致，如果使用電壓激勵的方式，個正弦周期內電池的總輸出電荷不為 0，這會改變待測電池的 SOC，不滿足譜測試的穩(wěn)定性要求。因此，應采用電流激勵的方式進行阻抗譜測量。常見號發(fā)生電路只能輸出電壓信號，所以需要一個轉換電路將電壓信號轉化為所電流激勵信號。另外由于電池端的電壓響應信號幅值較小，需要一個濾波電小環(huán)境噪聲的影響。綜合以上因素，設計時域阻抗譜測量系統(tǒng)框圖如圖 2-2 所示，由電源電路I 轉換電路，濾波電路，待測電池，數據采集板卡與上位機等幾部分構成。

圖 2-1 基于 FFT 變換的阻抗譜時域測量方法原理圖抗譜測量系統(tǒng)設計譜測量可選用的激勵方式有兩種：電壓激勵方式和電電池充電電阻和放電電阻并不一致，如果使用電壓激內電池的總輸出電荷不為 0，這會改變待測電池的 S定性要求。因此，應采用電流激勵的方式進行阻抗譜只能輸出電壓信號，所以需要一個轉換電路將電壓信號。另外由于電池端的電壓響應信號幅值較小，需要的影響。因素，設計時域阻抗譜測量系統(tǒng)框圖如圖 2-2 所示，濾波電路，待測電池，數據采集板卡與上位機等幾部

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本文編號：2778717