【摘要】：隨著新能源汽車產(chǎn)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(guān)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(jìn)入梯次利用前,對其進(jìn)行性能評估十分重要。本文設(shè)計(jì)搭建了鋰離子電池時(shí)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(chǔ)上實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)確估計(jì),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(shè)計(jì)并搭建鋰離子電池時(shí)域阻抗譜測量系統(tǒng),使用準(zhǔn)對數(shù)間隔頻率序列生成頻率范圍0.1Hz~1kHz的電壓激勵(lì)信號;設(shè)計(jì)VI轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為電流激勵(lì)信號作用于待測電池,采集實(shí)際電池的電流激勵(lì)和電壓響應(yīng)信號;分別對兩者進(jìn)行快速傅里葉變換,實(shí)現(xiàn)電池阻抗譜的快速測量,并驗(yàn)證測量系統(tǒng)的可重復(fù)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(fù)變非線性最小二乘回歸方法辨識(shí)模型參數(shù),驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和辨識(shí)方法的效果;研究電池阻抗譜與SOC間的關(guān)系,通過對模型參數(shù)敏感度的分析,篩選出四個(gè)高敏感參數(shù),采用數(shù)據(jù)擬合的方式實(shí)現(xiàn)鋰離子電池阻抗譜關(guān)鍵參數(shù)的歸一化。最后,針對鋰離子電池SOP和SOH估計(jì)的問題,以分?jǐn)?shù)階微積分為工具,仿真計(jì)算在SOP測試工況下阻抗譜等效電路模型在時(shí)域的端電壓響應(yīng),實(shí)現(xiàn)對SOP的估計(jì);另一方面,研究阻抗譜模型參數(shù)與SOH之間的關(guān)系,建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),使用循環(huán)老化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行訓(xùn)練,用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對SOH的估計(jì);并分別驗(yàn)證SOP和SOH的估計(jì)精度。本文以鋰離子電池阻抗譜作為研究重點(diǎn),依次解決了鋰離子電池時(shí)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(jì)問題,實(shí)現(xiàn)了基于時(shí)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(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM912
【圖文】：

在鋰離子電池電化學(xué)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(lì)信號加以滿足。使用小幅正弦激勵(lì)信面可以避免對系統(tǒng)產(chǎn)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(yīng)近似成線性關(guān)系。 電化學(xué)阻抗譜的表示常見的電化學(xué)阻抗譜的表示方式有 Nyquist 圖和 Bode 圖兩種。其中 N阻抗的實(shí)部為坐標(biāo)橫軸，負(fù)虛部為坐標(biāo)縱軸，可以較直觀地反映電化學(xué)各個(gè)反應(yīng)過程時(shí)間常數(shù)的大小，對體系參數(shù)的變化更加敏感[14]。因此，要使用 Nyquist 圖來表示電化學(xué)阻抗譜。一個(gè)典型的鋰離子電池電化學(xué)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(shí)部不斷增大，阻抗負(fù)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(shí)域測量方法原理圖2.2 時(shí)域阻抗譜測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)域阻抗譜測量可選用的激勵(lì)方式有兩種：電壓激勵(lì)方式和電流激勵(lì)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(lì)的方式，個(gè)正弦周期內(nèi)電池的總輸出電荷不為 0，這會(huì)改變待測電池的 SOC，不滿足譜測試的穩(wěn)定性要求。因此，應(yīng)采用電流激勵(lì)的方式進(jìn)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(gè)轉(zhuǎn)換電路將電壓信號轉(zhuǎn)化為所電流激勵(lì)信號。另外由于電池端的電壓響應(yīng)信號幅值較小，需要一個(gè)濾波電小環(huán)境噪聲的影響。綜合以上因素，設(shè)計(jì)時(shí)域阻抗譜測量系統(tǒng)框圖如圖 2-2 所示，由電源電路I 轉(zhuǎn)換電路，濾波電路，待測電池，數(shù)據(jù)采集板卡與上位機(jī)等幾部分構(gòu)成。

圖 2-1 基于 FFT 變換的阻抗譜時(shí)域測量方法原理圖抗譜測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)譜測量可選用的激勵(lì)方式有兩種：電壓激勵(lì)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(nèi)電池的總輸出電荷不為 0，這會(huì)改變待測電池的 S定性要求。因此，應(yīng)采用電流激勵(lì)的方式進(jìn)行阻抗譜只能輸出電壓信號，所以需要一個(gè)轉(zhuǎn)換電路將電壓信號。另外由于電池端的電壓響應(yīng)信號幅值較小，需要的影響。因素，設(shè)計(jì)時(shí)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(shù)據(jù)采集板卡與上位機(jī)等幾部

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本文編號：2778717