電動汽車技術(shù)的發(fā)展有效地緩解了能源壓力和環(huán)境污染問題。隨著近年來國家對電動汽車行業(yè)的大力扶持，電動汽車也逐漸得到了廣大消費者的認同，保有量逐年增加。然而，電動汽車的動力電池在經(jīng)過數(shù)年的使用之后，將不能滿足電動汽車正常運行的需求，此時會有大量的動力電池從電動汽車上退役下來，這些電池的出路成為亟待解決的問題。

 

在此背景下，我國在“十二五”國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃中首次將電池梯次利用技術(shù)納入示范應(yīng)用項目，要求對電池梯次利用的篩選原則、成組方法和系統(tǒng)方案進行研究，并建立車用淘汰鋰離子電池準入導(dǎo)則。另外，國務(wù)院2012年7月頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）》明確提出要制定動力電池回收利用管理辦法，建立電池梯級利用和回收管理體系。

 

電池梯次利用是指將在某一用途中淘汰的電池再次作為儲能元件應(yīng)用到其他適合使用的場合。例如將電動汽車上退役的電池應(yīng)用于對體積和能量密度要求較弱的儲能電站、備用電源等領(lǐng)域，對無法使用的電池進行回收、拆解與再生。實施梯次利用，一方面可以延長電池的使用壽命，另一方面也可以降低電池高昂的使用成本。

 

國內(nèi)外對電池梯次利用相關(guān)技術(shù)開展了廣泛的研究。我國“十二五”863課題“鋰離子電池全產(chǎn)業(yè)鏈工藝技術(shù)與國產(chǎn)化裝備以及梯次利用與回收技術(shù)研究”、中國電科院、國網(wǎng)北京電力公司與北京交通大學(xué)共同承擔(dān)的“電動汽車動力電池梯次利用技術(shù)研究與示范”項目，北京市科技計劃課題“電動汽車鋰離子電池系統(tǒng)全生命周期利用技術(shù)研究與示范”，江西省電力公司電動汽車動力電池梯次利用技術(shù)“產(chǎn)學(xué)研”課題，河南省退役電池儲能示范工程項目，哈爾濱工業(yè)大學(xué)與中航鋰電（洛陽）有限公司開展的“動力電池梯級利用及回收技術(shù)開發(fā)”預(yù)先研究項目，臺灣中山科學(xué)技術(shù)研究所以及臺灣科學(xué)技術(shù)大學(xué)等針對電池梯次利用的技術(shù)挑戰(zhàn)、商業(yè)優(yōu)化、梯次利用系統(tǒng)優(yōu)化等問題展開了多方面的研究[1-4]。

 

美國國家能源部、可再生能源實驗室、太平洋西北國家實驗室、NEC美國實驗室、德國馬爾凱理工大學(xué)、巴西南里奧格蘭德聯(lián)邦大學(xué)等機構(gòu)針對動力電池梯次利用的可行性分析、環(huán)境價值、環(huán)境價值、經(jīng)濟價值、電池評價流程、再成組系統(tǒng)優(yōu)化和管理等方面開展了研究[5-8]。

 

可以看出，國內(nèi)外對動力電池梯次利用技術(shù)的研究非常廣泛。然而，目前針對廢舊動力電池的健康特征參數(shù)提取方法的研究相對較少。

 

本文以容量狀態(tài)和內(nèi)阻狀態(tài)作為磷酸鐵鋰電池健康狀態(tài)的評價指標。

 

首先以偽二維電化學(xué)反應(yīng)機理模型為基礎(chǔ)，仿真分析電池在不同充放電倍率和工況實驗環(huán)境下端電壓、過電勢組分情況。

 

隨后分析電池端電壓對模型參數(shù)的敏感程度，選出可以表征磷酸鐵鋰電池容量特性的參數(shù)作為待辨識參數(shù)；分析目標函數(shù)的極值特性，采用列文伯格-馬夸爾特（Levenberg-Marquart）非線性最小二乘法提取1C/25充電曲線（稱為偽開路電壓或準開路電壓曲線[9,10]）對應(yīng)的電池容量特征參數(shù)和內(nèi)阻值；進一步針對低倍率脈沖工況，使用已有的簡化電池阻抗模型與分數(shù)階聯(lián)合卡爾曼濾波算法與本文的容量特征參數(shù)提取方法相結(jié)合，分步提取電池的健康狀態(tài)特征參數(shù)值。