本文關(guān)鍵詞：機(jī)理模型在鋰離子電池狀態(tài)估計(jì)與預(yù)測中的應(yīng)用

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【摘要】：鋰離子電池狀態(tài)估計(jì)與性能預(yù)測的準(zhǔn)確性,對電池可靠性的提高以及控制策略的優(yōu)化具有重要意義。以鋰離子電池機(jī)理模型為基礎(chǔ),通過分析不同類型電池以及不同應(yīng)用情況下電池內(nèi)部特征與外部信號(hào)之間的關(guān)系,對鋰離子電池的狀態(tài)估計(jì)與性能預(yù)測方法展開了深入的研究�；跈C(jī)理模型分析方法,通過分析電池的外部響應(yīng),對電池內(nèi)部狀態(tài)的估計(jì)進(jìn)行了研究,提出了一種基于材料特征的電池狀態(tài)估計(jì)方法。首先,針對工作過程中固相擴(kuò)散系數(shù)具有較大變化的材料,對準(zhǔn)二維電化學(xué)模型進(jìn)行改進(jìn),建立了變固相擴(kuò)散系數(shù)模型。然后,根據(jù)此類材料在工作過程中,顆粒表面與本體之間固相擴(kuò)散系數(shù)具有較大差異以及表面濃度變化較快的特點(diǎn),建立了利用短時(shí)激勵(lì)來區(qū)分電池荷電狀態(tài)的方法。該方法可以對處于電壓平臺(tái)的不同荷電狀態(tài)的磷酸鐵鋰電池進(jìn)行有效區(qū)分,以提高電池成組時(shí)的一致性。基于機(jī)理模型分析方法,通過分析電池衰減過程中內(nèi)部狀態(tài)的演變,對電池的衰減過程進(jìn)行了研究,提出了一種針對復(fù)合電極狀態(tài)演變的定量定性分析方法。針對復(fù)合電極的工作特征,在準(zhǔn)二維電化學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立了包含多種材料電極的機(jī)理模型,并通過忽略電池內(nèi)部的極化過程建立了復(fù)合電極的穩(wěn)態(tài)模型。利用所建立的模型,對包含復(fù)合電極的鋰離子電池外部特征與內(nèi)部狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行研究,根據(jù)復(fù)合電極穩(wěn)態(tài)電壓及其微分曲線特征實(shí)現(xiàn)對復(fù)合電極狀態(tài)的準(zhǔn)確估算。對擱置與循環(huán)老化下復(fù)合電極衰減的進(jìn)行研究,通過機(jī)理模型的分析,發(fā)現(xiàn)復(fù)合電極在衰減過程中多種材料相互影響,在衰減不同階段表現(xiàn)出不同的特征�；跈C(jī)理模型分析方法,結(jié)合電池的衰減機(jī)理,對電池的容量性能預(yù)測進(jìn)行了研究,提出了儲(chǔ)存過程中鋰離子電池容量衰減的分析方法。通過建立鋰離子電池的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型對電池儲(chǔ)存過程中的內(nèi)部參數(shù)演變進(jìn)行了研究,同時(shí)建立了衰減模型用于預(yù)測電池的日歷壽命。模型的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較高的吻合度,說明所建立的模型可對電池的儲(chǔ)存衰減過程進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。此外,利用電量增量和電壓差分方法對電池的衰減機(jī)理進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明,電池在儲(chǔ)存過程中的主要衰減來自于活性鋰的損失和電池的自放電。基于機(jī)理模型分析方法,引入極化對電池行為的影響,對電池的完整性能預(yù)測進(jìn)行了研究,提出了鋰離子電池性能衰減的分析方法。為實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部狀態(tài)的準(zhǔn)確辨識(shí),在保留電池內(nèi)部過程主要特征的前提下,對原始機(jī)理模型進(jìn)行簡化,建立了簡化機(jī)理模型。利用所建立的模型,對鋰離子電池的容量及功率等性能的演變進(jìn)行了研究,形成了基于電池容量參數(shù)與極化參數(shù)演變的電池性能衰減預(yù)測方法。同時(shí),根據(jù)研究過程開發(fā)相應(yīng)軟件,實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理與分析。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM912

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