锂离子电池容量衰减的主要原因是什么？
来源：宝鄂实业
2020-04-04 13:09
点击量：次
基于粒子滤波的锂离子电池寿命预测
摘要:针对传统方法无法解决锂离子电池非线性系统剩余寿命预测的问题，提出了一种基于粒子滤波算法的电池寿命预测方法。它能有效地解决非线性问题，准确地实现对电池寿命的预测。
关键词:寿命预测;粒子滤波;降解能力;非线性
介绍
锂离子电池的放电电流、温度、电池材料、和许多其他因素,影响剩余容量的电池放电电压、电流、温度和电池的充电和放电的历史参数,如复杂的函数,锂离子电池的寿命预测是一个非线性预测问题,传统的预测方法是不足以满足需求等问题,提出了一种基于粒子滤波的电池寿命预测方法。
1锂离子电池寿命模型是根据容量衰减来确定的
锂离子电池容量衰减的主要原因是电池的负反应。brous等人分析了锂电池在不同电压和温度下的电池容量衰减情况，如下式所示:
式中，x为电池损耗的相对容量比;K、n、d为常数，S、e0、n分别代表离子细胞膜的面积、厚度和电导率。本模型只考虑了温度(15 ~ 60℃)对电池容量寿命的影响，不涉及离子电池的电压，有较大的局限性。
不久之前，Liaw等人[2]提出从电池容量衰减的角度，利用ECM等效环路模型来预测电池的存储寿命。该模型不仅拟合程度高，而且可以模拟电池老化和搁置后不同速率下的放电行为。它可以表示为:
(2)
类型:V0是指开路电压、放电Q(0)是初始容量的电池,从这个公式,电池的电压是放电电流和欧姆接触R1, R2电池电化学反应的功能,在为常数细胞常数R1, R2老化时间非线性的变化,拟合公式如下:
R2=a+b (SOC) C+dexp[(1-soc) C] (3)
式中:a、b、c、d、e均为锂离子电池荷电状态和老化时间t的函数。对于大多数锂离子电池来说，其容量随时间的变化有一个明确的规律，利用这个规律，可以更好地预测电池的寿命。
2实验室条件下电池容量退化实验(图1)
随着充放电次数的增加，颗粒电池中储存的能量逐渐减少。横坐标为充放电周期数，k，纵坐标为体积数据c，在这里已经归化。当容量为0.7时，电池达到故障点。
从图1可以看出，在k=160之前，粒子滤波算法主要依赖于观测数据的容量。滤波后得到a、b、c、d的值，预测未来1200k的趋势。图中，曲线A为实测结果，曲线B为未经处理得到的结果，曲线C为粒子滤波得到的预测曲线。可以看出，粒子滤波的预测结果与实际值基本一致。
3结论
摘要针对锂离子电池非线性系统剩余寿命预测问题，提出了一种基于粒子滤波算法的电池寿命预测方法。该研究为复杂噪声条件下非高斯非线性系统的剩余寿命预测提供了一种实用的解决方案，对电池非线性寿命预测的研究具有重要的参考价值。
