鋰離子電池容量衰減的主要原因是什么？
來源：寶鄂實業(yè)
2020-04-04 13:09
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基于粒子濾波的鋰離子電池壽命預(yù)測
摘要:針對傳統(tǒng)方法無法解決鋰離子電池非線性系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測的問題，提出了一種基于粒子濾波算法的電池壽命預(yù)測方法。它能有效地解決非線性問題，準(zhǔn)確地實現(xiàn)對電池壽命的預(yù)測。
關(guān)鍵詞:壽命預(yù)測;粒子濾波;降解能力;非線性
介紹
鋰離子電池的放電電流、溫度、電池材料、和許多其他因素,影響剩余容量的電池放電電壓、電流、溫度和電池的充電和放電的歷史參數(shù),如復(fù)雜的函數(shù),鋰離子電池的壽命預(yù)測是一個非線性預(yù)測問題,傳統(tǒng)的預(yù)測方法是不足以滿足需求等問題,提出了一種基于粒子濾波的電池壽命預(yù)測方法。
1鋰離子電池壽命模型是根據(jù)容量衰減來確定的
鋰離子電池容量衰減的主要原因是電池的負(fù)反應(yīng)。brous等人分析了鋰電池在不同電壓和溫度下的電池容量衰減情況，如下式所示:
式中，x為電池?fù)p耗的相對容量比;K、n、d為常數(shù)，S、e0、n分別代表離子細(xì)胞膜的面積、厚度和電導(dǎo)率。本模型只考慮了溫度(15 ~ 60℃)對電池容量壽命的影響，不涉及離子電池的電壓，有較大的局限性。
不久之前，Liaw等人[2]提出從電池容量衰減的角度，利用ECM等效環(huán)路模型來預(yù)測電池的存儲壽命。該模型不僅擬合程度高，而且可以模擬電池老化和擱置后不同速率下的放電行為。它可以表示為:
(2)
類型:V0是指開路電壓、放電Q(0)是初始容量的電池,從這個公式,電池的電壓是放電電流和歐姆接觸R1, R2電池電化學(xué)反應(yīng)的功能,在為常數(shù)細(xì)胞常數(shù)R1, R2老化時間非線性的變化,擬合公式如下:
R2=a+b (SOC) C+dexp[(1-soc) C] (3)
式中:a、b、c、d、e均為鋰離子電池荷電狀態(tài)和老化時間t的函數(shù)。對于大多數(shù)鋰離子電池來說，其容量隨時間的變化有一個明確的規(guī)律，利用這個規(guī)律，可以更好地預(yù)測電池的壽命。
2實驗室條件下電池容量退化實驗(圖1)
隨著充放電次數(shù)的增加，顆粒電池中儲存的能量逐漸減少。橫坐標(biāo)為充放電周期數(shù)，k，縱坐標(biāo)為體積數(shù)據(jù)c，在這里已經(jīng)歸化。當(dāng)容量為0.7時，電池達(dá)到故障點。
從圖1可以看出，在k=160之前，粒子濾波算法主要依賴于觀測數(shù)據(jù)的容量。濾波后得到a、b、c、d的值，預(yù)測未來1200k的趨勢。圖中，曲線A為實測結(jié)果，曲線B為未經(jīng)處理得到的結(jié)果，曲線C為粒子濾波得到的預(yù)測曲線?？梢钥闯觯Ｗ訛V波的預(yù)測結(jié)果與實際值基本一致。
3結(jié)論
摘要針對鋰離子電池非線性系統(tǒng)剩余壽命預(yù)測問題，提出了一種基于粒子濾波算法的電池壽命預(yù)測方法。該研究為復(fù)雜噪聲條件下非高斯非線性系統(tǒng)的剩余壽命預(yù)測提供了一種實用的解決方案，對電池非線性壽命預(yù)測的研究具有重要的參考價值。
