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基于直流阻抗谱的锂离子电池寿命研究
| 论文题名： | 基于直流阻抗谱的锂离子电池寿命研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池;状态检测;直流阻抗谱;使用寿命;安全性 |
| 摘要： | 随着近几年环保理念的逐渐升级和政府政策的扶持，电动汽车产业得到了蓬勃发展。作为电动汽车动力系统核心的锂离子动力电池的出货量也得到了快速增长。为了确保锂离子动力电池的性能、安全性等能够满足客户日常使用需求，汽车厂商需要对锂离子动力电池的状态进行检测，这就推动了对车载锂离子电池实时诊断的需求。电池实时诊断技术可以快速获得电池老化状态的信息（如最大容量、充电电压、内部电阻等），能够有效地在一些安全问题（如电池突然失效，电池爆炸等）发生之前就做出预警。 锂离子电池的容量大小主要由其内部电阻控制，电阻随电池状态（例如温度、充电状态和健康状态）的变化而变化。因此，表征电阻对于评估电池性能和跟踪其健康状态是必不可少的。目前，有许多技术已用于估计电池的电阻，其中包括：使用直流脉冲信号的检测方法，例如脉冲功率测试或混合脉冲功率特性（HPPC）测试；使用交流脉冲信号的检测方法，如电化学阻抗谱（EIS）和多正弦脉冲法等等。其中，电化学阻抗谱的精确度和认可度很高，被认为是最有潜力的汽车电池诊断技术，但电化学阻抗谱也面临着测试环境复杂、测试系统成本高、测试周期长等问题，大范围投入使用的可行性较低。 针对以上问题，本文以18650电池作为研究对象，提出了一种低成本、高精度的电动汽车动力电池诊断方法——直流阻抗法（DCIS）。该方法根据电阻-电容（RC）结构时间常数模型，通过控制测量电阻的电流脉冲宽度，来检测电池电解质电阻（RΩ）、固体电解质薄膜电阻（RSEI）和电荷转移电阻（Rct）。这些特征参数可以为电池容量、健康、安全等方面提供理论参数依据。而与交流阻抗法不同的是，DCIS不依赖频域阻抗来获取电池内部参数，它是一种通过时间函数测量内部电阻的时域阻抗的方法。首先利用同一组电池，分别用EIS和DCIS两种方式测试特征参数，对比验证了DCIS方法在电池诊断中的有效性。然后根据DCIS的时域检测特点，并结合电动汽车电池诊断的特殊性，提出了一种仅测量电阻参数的快速DCIS方法，来满足目前消费市场对电动汽车动力电池检测的需求。 基于上述针对电池单体与DCIS的研究，对最大电池容量不同的18650锂离子电池做了内部特征参数采集与数据分析，得到了18650锂离子电池内部参数随电池老化而产生的变化情况。此外，还利用DCIS进行了工况测试，其结果表明，该方法可用于电池寿命和安全性的实时诊断，且具有较好的精度。 |
| 作者： | 陈源生 |
| 专业： | 物理学 |
| 导师： | 鲍云 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东华大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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