【摘 要】
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锂离子电池是电动汽车的动力源,具有能量密度高、自放电率低和经济环保等优点,其性能直接影响整车的安全和续航。但锂离子电池电化学机理复杂,存在寿命预测难、状态估算难、一致性较差等问题,这些问题限制了锂离子电池的安全运行与可靠管理。本文以电动汽车动力锂离子电池为对象,由单体到组串,分别从工作特性及衰减规律、剩余使用寿命预测、荷电状态估算以及电池组均衡管理四个方面开展深入的研究,主要工作内容包括:（1）阐
【基金项目】
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河北省自然科学基金（E2019202481）
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锂离子电池是电动汽车的动力源,具有能量密度高、自放电率低和经济环保等优点,其性能直接影响整车的安全和续航。但锂离子电池电化学机理复杂,存在寿命预测难、状态估算难、一致性较差等问题,这些问题限制了锂离子电池的安全运行与可靠管理。本文以电动汽车动力锂离子电池为对象,由单体到组串,分别从工作特性及衰减规律、剩余使用寿命预测、荷电状态估算以及电池组均衡管理四个方面开展深入的研究,主要工作内容包括:（1）阐释锂离子电池的内部结构及工作原理;自主搭建电池实验平台,设计并执行基本特性实验和循环寿命实验;结合电化学理论和实验结果,对锂离子电池端电压、电流特性、容量特性及开路电压-荷电状态关系进行分析;研究充电倍率、放电倍率、充电深度、环境温度及放电工况对电池容量衰减规律的影响。（2）针对锂离子电池的放电容量难以在线直接测量,且部分寿命预测模型缺乏不确定性表达的能力,提出基于PSO-ELM-RVM模型的带置信的剩余寿命间接预测方法;选取合适的健康因子表征容量退化,并利用Box-Cox变换提高其与放电容量的相关性,结合小波去噪算法和K折交叉验证法提高模型的泛化性能;通过不同的实验数据集,在不同预测起点对所提基于PSO-ELM-RVM模型的剩余寿命预测方法进行验优,并对模型进行敏感性分析。（3）针对锂离子电池模型及其参数随工况、温度和老化程度变化的不普适性问题,提出基于ISOA-KELM模型的数据驱动型荷电状态估算方法;对标准SOA算法的搜索步长进行改进,并在6个标准测试函数下分别与PSO、WOA、GWO等算法进行比较,验证其优化性能;在不同工况、环境温度和电池老化程度下分别对所提基于ISOAKELM模型的荷电状态估算方法进行泛化性能验证。（4）针对传统的Buck-Boost均衡技术均衡速度慢、效率低等问题,在典型均衡拓扑基础上,提出一种基于Buck-Boost和LC电路的分组式均衡拓扑;结合锂离子电池开路电压-荷电状态曲线首尾段陡峭、中间段平坦的特点,分段选取电压和荷电状态作为均衡变量;结合分组式拓扑的特点,采用基于差值-平均值的分组均衡策略;搭建电池组的MATLAB/Simulink均衡仿真模型,并分别在静置状态、充电过程和放电过程进行均衡仿真,从均衡时间、效率、一致性和成本方面对均衡效果进行综合评价。
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