目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 電化學(xué)阻抗譜的基本概念及背景 1
1.2 電化學(xué)阻抗譜的測量 2
1.2.1 電化學(xué)阻抗譜測量原理 2
1.2.2 實(shí)驗(yàn)室條件下的電化學(xué)阻抗譜測量 4
1.2.3 非實(shí)驗(yàn)室條件下的電化學(xué)阻抗譜測量 6
1.2.4 面向車載應(yīng)用的電化學(xué)阻抗譜測量 8
1.3 電化學(xué)阻抗譜的分析 10
1.3.1 基于模型的電化學(xué)阻抗譜分析原理 11
1.3.2 電化學(xué)阻抗譜分析模型的參數(shù)辨識 14
1.4 電化學(xué)阻抗譜的應(yīng)用 15
1.4.1 電化學(xué)阻抗譜應(yīng)用于電化學(xué)動力學(xué)反應(yīng)機(jī)理分析 15
1.4.2 電化學(xué)阻抗譜應(yīng)用于動力電池的老化模式分析 16
1.4.3 電化學(xué)阻抗譜應(yīng)用于動力電池的健康狀態(tài)估計(jì)與壽命預(yù)測 16
1.4.4 電化學(xué)阻抗譜應(yīng)用于動力電池的內(nèi)部溫度估計(jì) 16
1.5 本書的研究內(nèi)容 19
第2章 基于電化學(xué)機(jī)理電極過程模型的動力電池電化學(xué)阻抗譜分析 20
2.1 引言 20
2.2 鋰離子電池電化學(xué)機(jī)理模型 20
2.2.1 鋰離子電池的偽二維電化學(xué)機(jī)理模型 20
2.2.2 偽二維模型仿真結(jié)果分析 26
2.2.3 電池單顆粒模型仿真分析 30
2.3 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)激勵下電池電化學(xué)阻抗特性分析 33
2.3.1 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)激勵下的阻抗求解 33
2.3.2 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工況下的阻抗仿真分析 38
2.4 非穩(wěn)態(tài)激勵下電池電化學(xué)阻抗特性分析 42
2.4.1 非穩(wěn)態(tài)激勵下的阻抗求解 42
2.4.2 非穩(wěn)態(tài)激勵下的阻抗仿真分析 45
2.5 本章小結(jié) 49
第3章 動力電池電化學(xué)阻抗譜的在線獲取方法 51
3.1 引言 51
3.2 基于諧波信號時頻分析的電池電化學(xué)阻抗譜快速測量方法 51
3.2.1 小波變換的計(jì)算原理 51
3.2.2 基于小波變換的電池阻抗計(jì)算方法 57
3.2.3 基于小波變換在線計(jì)算電池電化學(xué)阻抗的方法驗(yàn)證 60
3.3 基于交流激勵的電池電化學(xué)阻抗譜在線測量系統(tǒng) 65
3.3.1 雙向激勵裝置設(shè)計(jì) 68
3.3.2 信號采樣模塊設(shè)計(jì) 74
3.3.3 基于雙通道正交矢量型數(shù)字鎖相放大器的阻抗計(jì)算方法 78
3.3.4 電化學(xué)阻抗譜在線測量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 82
3.4 本章小結(jié) 87
第4章 動力電池電化學(xué)阻抗譜在線獲取結(jié)果的影響因素分析 88
4.1 引言 88
4.2 基于諧波信號時頻分析的電化學(xué)阻抗譜計(jì)算結(jié)果影響因素分析 88
4.2.1 不同階躍幅值激勵電流的影響 88
4.2.2 不同脈沖激勵前靜置時間的影響 90
4.2.3 不同充放電模式的影響 91
4.2.4 影響因素總結(jié) 93
4.3 基于交流激勵的電化學(xué)阻抗譜測量結(jié)果影響因素分析 93
4.3.1 不同交流激勵電流幅值的影響 93
4.3.2 不同靜置時間的影響 97
4.3.3 不同直流偏置的影響 100
4.4 離線與在線電池電化學(xué)阻抗譜測量方法的對比 103
4.5 本章小結(jié) 104
第5章 動力電池電化學(xué)阻抗譜的等效電路建模 105
5.1 引言 105
5.2 整數(shù)階等效電路建模 105
5.2.1 典型的整數(shù)階等效電路模型 105
5.2.2 等效電路模型階次確定 108
5.3 分?jǐn)?shù)階等效電路建模 112
5.3.1 分?jǐn)?shù)階微積分理論 113
5.3.2 分?jǐn)?shù)階模型的建立 114
5.4 等效電路模型驗(yàn)證及對比 116
5.4.1 頻域內(nèi)的模型驗(yàn)證及對比 116
5.4.2 時域內(nèi)的模型驗(yàn)證及對比 118
5.5 分?jǐn)?shù)階等效電路模型參數(shù)的離線辨識方法 121
5.5.1 非線性最小二乘算法 121
5.5.2 分?jǐn)?shù)階等效電路模型離線辨識結(jié)果 123
5.6 分?jǐn)?shù)階等效電路模型參數(shù)的在線辨識方法 127
5.6.1 最小二乘算法原理及其遞推形式 128
5.6.2 分?jǐn)?shù)階等效電路模型簡化 130
5.6.3 在線參數(shù)辨識過程 133
5.6.4 在線參數(shù)辨識結(jié)果分析與驗(yàn)證 134
5.6.5 參數(shù)在線辨識的影響因素分析 138
5.7 本章小結(jié) 139
第6章 電化學(xué)阻抗譜在動力電池老化模式診斷中的應(yīng)用 140
6.1 引言 140
6.2 基于電化學(xué)阻抗譜的電池老化模式診斷原理 140
6.2.1 基于差分電壓法對老化機(jī)理量化 141
6.2.2 電池容量測試結(jié)果和三電極測試 141
6.2.3 基于掃描電子顯微鏡和中子衍射技術(shù)的老化模式分析 145
6.2.4 電池阻抗參數(shù)的提取和量化 148
6.2.5 阻抗與老化模式的相關(guān)性分析 149
6.3 基于等效電路模型的電池老化模式分析 151
6.3.1 老化模式分析方法確定 151
6.3.2 不同老化工況下的電池電化學(xué)阻抗譜特性及其演變過程 152
6.3.3 基于二階等效電路模型的阻抗擬合 154
6.3.4 改進(jìn)一階電路模型的阻抗擬合 155
6.3.5 老化模式識別方法 156
6.4 不同等效電路結(jié)構(gòu)對電池老化模式分析的影響 157
6.4.1 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法 157
6.4.2 等效電路模型階次對單阻抗弧老化模式分析的影響 157
6.4.3 不同等效電路模型結(jié)構(gòu)對電池老化模式計(jì)算結(jié)果的影響 160
6.5 基于電化學(xué)阻抗譜的電池老化模式量化分析 163
6.5.1 三種老化模式在不同老化過程中的影響分析 163
6.5.2 溫度和充電倍率對老化模式的影響 164
6.6 本章小結(jié) 167
第7章 電化學(xué)阻抗譜在動力電池健康狀態(tài)估計(jì)中的應(yīng)用 168
7.1 引言 168
7.2 不同溫度、荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)下電化學(xué)阻抗譜變化規(guī)律 168
7.2.1 電化學(xué)阻抗特性實(shí)驗(yàn) 168
7.2.2 電池阻抗定量分析 172
7.3 傳荷電阻受溫度和荷電狀態(tài)影響的分析與建模 174
7.3.1 傳荷電阻受溫度和荷電狀態(tài)的影響建模 174
7.3.2 傳荷電阻與溫度、荷電狀態(tài)關(guān)系模型的參數(shù)確定方法 176
7.3.3 傳荷電阻計(jì)算方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 178
7.4 傳荷電阻與溫度、荷電狀態(tài)關(guān)系模型驗(yàn)證 184
7.4.1 電池老化對傳荷電阻與溫度、荷電狀態(tài)耦合關(guān)系模型的影響 184
7.4.2 電池老化過程中傳荷電阻計(jì)算模型修正 187
7.4.3 老化修正的傳荷電阻-溫度-SOC耦合模型驗(yàn)證 189
7.5 基于傳荷電阻的電池健康狀態(tài)估計(jì) 191
7.5.1 電池阻抗與容量的關(guān)系 191
7.5.2 電池健康狀態(tài)估計(jì) 192
7.6 本章小結(jié) 193
第8章 電化學(xué)阻抗譜在動力電池壽命預(yù)測中的應(yīng)用 194
8.1 引言 194
8.2 電池老化過程中傳荷電阻的預(yù)測方法 194
8.2.1 基于傳荷電阻的電池老化經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛_定 194
8.2.2 基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ图傲Ｗ訛V波的電池老化預(yù)測方法 197
8.3 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測 199
8.3.1 電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測流程 199
8.3.2 電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測結(jié)果分析 200
8.3.3 電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測結(jié)果的不確定性表達(dá) 204
8.4 考慮溫度與荷電狀態(tài)影響的電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測 205
8.4.1 溫度與荷電狀態(tài)影響下的電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測方法 205
8.4.2 基于傳荷電阻預(yù)測的電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測結(jié)果 206
8.5 本章小結(jié) 209
第9章 電化學(xué)阻抗在動力電池內(nèi)部溫度估計(jì)中的應(yīng)用 210
9.1 引言 210
9.2 靜態(tài)EIS相角與電池內(nèi)部溫度的關(guān)系 210
9.2.1 相角與電池內(nèi)部溫度的映射關(guān)系 210
9.2.2 構(gòu)造溫差下靜態(tài)EIS相角與電池內(nèi)部溫度的關(guān)系 216
9.2.3 靜態(tài)阻抗相角和電池平均溫度關(guān)系基準(zhǔn)表 219
9.3 動態(tài)EIS相角與電池內(nèi)部溫度的關(guān)系 220
9.3.1 脈沖工況下動態(tài)EIS相角與靜態(tài)EIS相角的關(guān)系 220
9.3.2 恒流工況下動態(tài)EIS相角與電池內(nèi)部溫度的關(guān)系 222
9.3.3 脈沖工況下動態(tài)EIS相角與電池內(nèi)部溫度的關(guān)系 226
9.4 鋰離子電池內(nèi)部溫度估計(jì)模型的建立及驗(yàn)證 228
9.4.1 修正相角查表法估計(jì)電池內(nèi)部溫度 228
9.4.2 多元線性回歸法修正電池內(nèi)部溫度估計(jì) 230
9.5 本章小結(jié) 234
第10章 總結(jié)與展望 235
10.1 總結(jié) 235
10.2 本書的局限性及未來展望 237
參考文獻(xiàn) 238