動力電池電化學阻抗譜·原理獲取及應用

《動力電池電化學阻抗譜·原理獲取及應用》，戴海峰，王學遠，朱建功 著，出版社： 科學出版社。

科學出版社是由中國科學院編譯局與1930年創建的龍門聯合書局於1954年8月合併成立的；目前公司年出版新書3000多種，期刊500多種，形成了以科學（S）、技術（T）、醫學（M）、教育（E）、人文社科（H）為主要出版領域的業務架構。

目錄

內容簡介

《動力電池電化學阻抗譜：原理、獲取及應用》結合作者十餘年科學研究和實踐，以新能源汽車用鋰離子電池為對象，系統闡述了動力電池電化學阻抗技術原理、模型描述、獲取方法、測量系統及其在鋰離子電池狀態估計、預測和診斷中的應用研究。《動力電池電化學阻抗譜：原理、獲取及應用》面向電池管理技術領域，突破電化學阻抗技術的實驗室應用局限性，可用於指導電化學阻抗技術的工程應用和實踐。

目錄

序一

序二

前言

第1章 緒論 1

1.1 電化學阻抗譜的基本概念及背景 1

1.2 電化學阻抗譜的測量 2

1.2.1 電化學阻抗譜測量原理 2

1.2.2 實驗室條件下的電化學阻抗譜測量 4

1.2.3 非實驗室條件下的電化學阻抗譜測量 6

1.2.4 面向車載應用的電化學阻抗譜測量 8

1.3 電化學阻抗譜的分析 10

1.3.1 基於模型的電化學阻抗譜分析原理 11

1.3.2 電化學阻抗譜分析模型的參數辨識 14

1.4 電化學阻抗譜的應用 15

1.4.1 電化學阻抗譜應用於電化學動力學反應機理分析 15

1.4.2 電化學阻抗譜應用於動力電池的老化模式分析 16

1.4.3 電化學阻抗譜應用於動力電池的健康狀態估計與壽命預測 16

1.4.4 電化學阻抗譜應用於動力電池的內部溫度估計 16

1.5 本書的研究內容 19

第2章 基於電化學機理電極過程模型的動力電池電化學阻抗譜分析 20

2.1 引言 20

2.2 鋰離子電池電化學機理模型 20

2.2.1 鋰離子電池的偽二維電化學機理模型 20

2.2.2 偽二維模型仿真結果分析 26

2.2.3 電池單顆粒模型仿真分析 30

2.3 准穩態激勵下電池電化學阻抗特性分析 33

2.3.1 准穩態激勵下的阻抗求解 33

2.3.2 准穩態工況下的阻抗仿真分析 38

2.4 非穩態激勵下電池電化學阻抗特性分析 42

2.4.1 非穩態激勵下的阻抗求解 42

2.4.2 非穩態激勵下的阻抗仿真分析 45

2.5 本章小結 49

第3章 動力電池電化學阻抗譜的在線獲取方法 51

3.1 引言 51

3.2 基於諧波信號時頻分析的電池電化學阻抗譜快速測量方法 51

3.2.1 小波變換的計算原理 51

3.2.2 基於小波變換的電池阻抗計算方法 57

3.2.3 基於小波變換在線計算電池電化學阻抗的方法驗證 60

3.3 基於交流激勵的電池電化學阻抗譜在線測量系統 65

3.3.1 雙向激勵裝置設計 68

3.3.2 信號採樣模塊設計 74

3.3.3 基於雙通道正交矢量型數字鎖相放大器的阻抗計算方法 78

3.3.4 電化學阻抗譜在線測量的實驗驗證 82

3.4 本章小結 87

第4章 動力電池電化學阻抗譜在線獲取結果的影響因素分析 88

4.1 引言 88

4.2 基於諧波信號時頻分析的電化學阻抗譜計算結果影響因素分析 88

4.2.1 不同階躍幅值激勵電流的影響 88

4.2.2 不同脈衝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 93

4.3 基於交流激勵的電化學阻抗譜測量結果影響因素分析 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阻抗譜測量方法的對比 103

4.5 本章小結 104

第5章 動力電池電化學阻抗譜的等效電路建模 105

5.1 引言 105

5.2 整數階等效電路建模 105

5.2.1 典型的整數階等效電路模型 105

5.2.2 等效電路模型階次確定 108

5.3 分數階等效電路建模 112

5.3.1 分數階微積分理論 113

5.3.2 分數階模型的建立 114

5.4 等效電路模型驗證及對比 116

5.4.1 頻域內的模型驗證及對比 116

5.4.2 時域內的模型驗證及對比 118

5.5 分數階等效電路模型參數的離線辨識方法 121

5.5.1 非線性*小二乘算法 121

5.5.2 分數階等效電路模型離線辨識結果 123

5.6 分數階等效電路模型參數的在線辨識方法 127

5.6.1 *小二乘算法原理及其遞推形式 128

5.6.2 分數階等效電路模型簡化 130

5.6.3 在線參數辨識過程 133

5.6.4 在線參數辨識結果分析與驗證 134

5.6.5 參數在線辨識的影響因素分析 138

5.7 本章小結 139

第6章 電化學阻抗譜在動力電池老化模式診斷中的應用 140

6.1 引言 140

6.2 基於電化學阻抗譜的電池老化模式診斷原理 140

6.2.1 基於差分電壓法對老化機理量化 141

6.2.2 電池容量測試結果和三電極測試 141

6.2.3 基於掃描電子顯微鏡和中子衍射技術的老化模式分析 145

6.2.4 電池阻抗參數的提取和量化 148

6.2.5 阻抗與老化模式的相關性分析 149

6.3 基於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阻抗譜特性及其演變過程 152

6.3.3 基於二階等效電路模型的阻抗擬合 154

6.3.4 改進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 不同等效電路結構對電池老化模式分析的影響 157

6.4.1 統計學分析方法 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構對電池老化模式計算結果的影響 160

6.5 基於電化學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 167

第7章 電化學阻抗譜在動力電池健康狀態估計中的應用 168

7.1 引言 168

7.2 不同溫度、荷電狀態和健康狀態下電化學阻抗譜變化規律 168

7.2.1 電化學阻抗特性實驗 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影響的分析與建模 174

7.3.1 傳荷電阻受溫度和荷電狀態的影響建模 174

7.3.2 傳荷電阻與溫度、荷電狀態關係模型的參數確定方法 176

7.3.3 傳荷電阻計算方法實驗驗證 178

7.4 傳荷電阻與溫度、荷電狀態關係模型驗證 184

7.4.1 電池老化對傳荷電阻與溫度、荷電狀態耦合關係模型的影響 184

7.4.2 電池老化過程中傳荷電阻計算模型修正 187

7.4.3 老化修正的傳荷電阻-溫度-SOC耦合模型驗證 189

7.5 基於傳荷電阻的電池健康狀態估計 191

7.5.1 電池阻抗與容量的關係 191

7.5.2 電池健康狀態估計 192

7.6 本章小結 193

第8章 電化學阻抗譜在動力電池壽命預測中的應用 194

8.1 引言 194

8.2 電池老化過程中傳荷電阻的預測方法 194

8.2.1 基於傳荷電阻的電池老化經驗模型確定 194

8.2.2 基於經驗模型及粒子濾波的電池老化預測方法 197

8.3 標準狀態下的電池剩餘循環壽命預測 199

8.3.1 電池剩餘循環壽命預測流程 199

8.3.2 電池剩餘循環壽命預測結果分析 200

8.3.3 電池剩餘循環壽命預測結果的不確定性表達 204

8.4 考慮溫度與荷電狀態影響的電池剩餘循環壽命預測 205

8.4.1 溫度與荷電狀態影響下的電池剩餘循環壽命預測方法 205

8.4.2 基於傳荷電阻預測的電池剩餘循環壽命預測結果 206

8.5 本章小結 209

第9章 電化學阻抗在動力電池內部溫度估計中的應用 210

9.1 引言 210

9.2 靜態EIS相角與電池內部溫度的關係 210

9.2.1 相角與電池內部溫度的映射關係 210

9.2.2 構造溫差下靜態EIS相角與電池內部溫度的關係 216

9.2.3 靜態阻抗相角和電池平均溫度關係基準表 219

9.3 動態EIS相角與電池內部溫度的關係 220

9.3.1 脈衝工況下動態EIS相角與靜態EIS相角的關係 220

9.3.2 恆流工況下動態EIS相角與電池內部溫度的關係 222

9.3.3 脈衝工況下動態EIS相角與電池內部溫度的關係 226

9.4 鋰離子電池內部溫度估計模型的建立及驗證 228

9.4.1 修正相角查表法估計電池內部溫度 228

9.4.2 多元線性回歸法修正電池內部溫度估計 230

9.5 本章小結 234

第10章 總結與展望 235

10.1 總結 235

10.2 本書的局限性及未來展望 237

參考文獻 238