電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理電池，避免出現(xiàn)電池過充、過放、溫度異常等狀況。實(shí)際應(yīng)用中，電池的退化會(huì)直接影響管理系統(tǒng)對(duì)荷電狀態(tài)和峰值功率估計(jì)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響電池組的性能，甚至引發(fā)安全性問題，需要進(jìn)行健康狀態(tài)預(yù)測(cè)以及安全預(yù)警。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋰離子電池健康狀態(tài)做了大量研究工作，指出在實(shí)際應(yīng)用中，電池的退化會(huì)引發(fā)電池可用容量以及阻抗等多種參數(shù)的變化。本文主要關(guān)注了基于容量退化的方法。

容量直接測(cè)量法需要在規(guī)定的溫度下，利用規(guī)定的工況進(jìn)行完全充放電操作，簡(jiǎn)單、直接，但不適于實(shí)際應(yīng)用?；陂_路電壓的方法，根據(jù)一段時(shí)間的充放電容量和荷電狀態(tài)的變化可以得到電池的最大可用容量。其問題主要在于，電池長(zhǎng)時(shí)間擱置后才能測(cè)量開路電壓值。改進(jìn)的方向主要是縮短開路電壓獲取時(shí)間及提高荷電狀態(tài)估計(jì)精度。

容量增量分析和差分電壓分析法，通過研究電池電化學(xué)特性進(jìn)行健康狀態(tài)估計(jì)。容量增量曲線和差分電壓曲線上峰值點(diǎn)的位置和幅值能夠反映鋰離子電池的退化程度。然而，為了精確獲得峰值位置和幅值，此類方法通常需要利用恒流小電流充放電形式得到一個(gè)較大范圍（至少包含峰值電壓）的電壓曲線。

另一種常用的方法是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)法。此類方法旨在通過分析鋰離子電池特性數(shù)據(jù)，找到能夠表征電池退化的特征，然后建立此種特征與健康狀態(tài)之間的關(guān)系。有研究者提出利用放電壽命實(shí)驗(yàn)中等時(shí)壓降進(jìn)行健康狀態(tài)預(yù)測(cè)，其需要在特定放電工況下進(jìn)行。有研究者提出以鋰電池模型參數(shù)辨識(shí)得到的歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容的變化指示電池健康狀態(tài)。然而，模型參數(shù)辨識(shí)的結(jié)果受模型精度、參數(shù)辨識(shí)方法、電池運(yùn)行的環(huán)境工況和運(yùn)行工況等因素的影響。

總之，表征鋰離子電池健康狀態(tài)的健康因子多數(shù)是在特定運(yùn)行工況下獲得，這將導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中，健康狀態(tài)預(yù)測(cè)方法魯棒性差或需要在特定工況下對(duì)電池進(jìn)行操作獲取相關(guān)健康因子。此外，電池的容量衰退會(huì)造成電池?zé)崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的變化，其直接外在體現(xiàn)為電池容量衰退將會(huì)造成開路電壓的變化。

基于上述分析，論文提出一種新的、用端電壓壓降信息表征鋰離子電池壽命的健康因子。并利用多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立健康因子和壽命狀態(tài)之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，論文提出的健康因子能夠有效地預(yù)測(cè)電池可用容量和健康狀態(tài)。此外，該健康因子容易獲取，并對(duì)電池運(yùn)行工況具有較強(qiáng)的魯棒性。

圖4 端電壓壓降

圖6 不同擱置時(shí)間端電壓壓降變化情況

圖8 預(yù)測(cè)結(jié)果

總結(jié)

論文在分析現(xiàn)有鋰離子電池健康狀態(tài)和壽命預(yù)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合電池壽命實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及開路電壓特性，提出一種無損的，即無需對(duì)電池進(jìn)行放電處理，僅利用滿電擱置期間短時(shí)端電壓壓降相關(guān)信息表征電池健康狀態(tài)的方法。

論文分析了難以精確實(shí)現(xiàn)將電池充放電至某個(gè)特定荷電狀態(tài)的原因，基于此，論文提出通過將電池充放電到某個(gè)特定電壓來獲取相關(guān)健康因子參數(shù)。

論文利用多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法對(duì)端電壓壓降與可用容量建模，在分析預(yù)測(cè)結(jié)果精度的基礎(chǔ)上，提出一種加權(quán)混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)果表明，利用所建立的模型對(duì)可用容量進(jìn)行預(yù)測(cè)，平均相對(duì)誤差在1%以內(nèi)，精度較高。