鋰離子動力電池狀態與參數自適應聯合估計理論研究

《鋰離子動力電池狀態與參數自適應聯合估計理論研究》是依託北京交通大學，由張彩萍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鋰離子動力電池狀態與參數自適應聯合估計理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張彩萍
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

鋰離子電池荷電狀態是對電池充放電控制的基本依據，與電池溫度、工作電流以及可用容量緊密相關，其影響因素複雜且具有耦合特點，荷電狀態估計問題已成為制約電池安全、可靠及長壽命使用的瓶頸。 如何在全壽命周期工況使用條件下準確獲得電池參數，是實現荷電狀態高精度估計的核心問題。項目通過開展電池充放電過程化學反應機理及外特性研究，結合時域和頻域特徵分析，建立電池動態充放電模型，提出具有電化學意義的模型參數確定方法；開展電池模型參數對荷電狀態估計敏感度定量分析方法研究，提出影響荷電狀態估計的關鍵參數；開展不同使用路徑的電池壽命衰退機制研究，深入揭示外部特徵參數隨電池溫度、電流及老化的變化規律，採用數據驅動方法，提出全壽命周期模型參數高精度估計方法；開展電池數據量測噪聲特性估計方法研究，分析量測噪聲特性及其相關性對電池荷電狀態估計的影響，形成一種含量測噪聲特性的電池荷電狀態與參數的自適應聯合估計新方法。

結題摘要

鋰離子電池荷電狀態是對電池充放電控制的基本依據，與電池溫度、工作電流以及可用容量緊密相關，其影響因素複雜且具有耦合特點，荷電狀態估計問題已成為制約電池安全、可靠及長壽命使用的瓶頸。本項目從電池荷電狀態估計誤差源出發，系統分析了SOC估計的影響因素及敏感度，從電池模型、辨識方法、估計方法幾個方面研究了全壽命周期SOC高精度估計方法。（1）綜合鋰離子電池平衡電勢電化學分析和曲線特徵，建立了由對數函式、線性函式和指數函式構成的統一的鋰離子電池SOC-OCV模型，在不同溫度和老化狀態下，模型相對誤差均在1%以內；（2）基於對電化學動力學方程的解析推導和一階 RC 模型的結構基礎，捕捉倍率變化對電池極化電壓幅值的影響，根據充放電倍率修正極化內阻值，建立了一種適用於寬倍率範圍極化電壓模型，高精度模擬電池不同倍率下的動態回響過程；（3）針對SOC估計，突破通過複雜算法提高估計精度的傳統思維，基於狀態空間方程建立電池荷電狀態（SOC）估計模型，通過誤差反饋實時修正模型輸出並定期線上更新模型參數，提出多時間尺度的動力電池全壽命周期荷電狀態估算方法，全生命周期線上估計誤差3%以內，為實現電池系統高效精準管理提供重要技術支撐。依託項目成果，分別獲2016年教育部技術發明一等獎和2018年汽車工業科技進步一等獎。基於該研究已和北京新能源汽車股份有限公司、一汽集團、欣旺達、中興通訊等企業開展產學研合作。研究成果成功套用于欣旺達電動汽車電池有限公司開發的動力電池管理系統中，為2家客戶提供服務，裝車套用5000套。