实时与精确的锂离子动力电池状态估计关系到其在电动汽车上的合理使用,鉴于锂离子电池为一个时变、动态、强非线性系统,应用在电动汽车上时由于自身衰减、外部环境及使用工况的不确定性,给车载电池管理系统(Battery Management System,BMS)在线精确估计锂离子电池状态带来了极大的挑战。针对锂离子电池在电动汽车应用中存在的难题,本课题主要从锂电池衰减电化学机理研究与单电极机理建模、锂电池电化学机理-电气耦合建模理论和基于模型的SOC/SOH联合估计方法开展了大量工作,具体研究内容包括:1)锂电池衰减电化学机理研究与单电极机理建模。针对锂电池在循环过程中存在的性能衰减问题,提出了从宏微观跨尺度下来研究锂电池电化学机理的方法,讨论了电池性能衰减与电池可用锂以及活性物质损失之间的映射关系。进一步地,利用微观高分辨率成像仪器,通过事后分析法验证了锂电池在工作过程中当锂离子嵌入/脱出电极活性物质颗粒时,由于锂离子浓度变化引起活性物质颗粒内部应力及应变,从而导致晶格、晶胞参数及晶体结构物理量发生改变,进而导致电极活性材料的晶体结构发生物理崩塌,确定了锂离子在活性物质中进行可逆的电化学嵌入/脱出反应导致的相结构和形态演变在电池衰减直至失效过程中所起到的重要作用。基于上述研究提出考虑锂电池单电极表面锂离子浓度与电池SOC、电池内阻与电池SOH之间的映射关系,为锂电池精确建模及基于模型进行锂电池SOC/SOH估计提供了研究基础。2)锂电池电化学机理-电气耦合模型降维建模。针对锂电池电化学机理-电气耦合模型结构过于复杂,导致计算成本过高而不易于车载应用的问题,基于电极动力学理论和离子与电荷守恒定律,采用有限差分法、有限体积法和均匀化求解等方法,通过忽略锂离子浓度、电流密度在电极固相与电解质液相中分布的不均匀性,对已有电化学机理-电气耦合模型进行了降维,建立了物理意义明确且易于工程应用的锂离子电池改进降维电化学机理-电气耦合模型。建立的降维电化学机理-电气耦合模型既降低了计算量,也保证了足够精度,可用于动力电池全寿命周期、复杂车用工况下的精确化建模。3)利用锂电池电化学机理-电气耦合模型进行SOC/SOH联合估计。针对锂电池电化学机理-电气耦合模型结构复杂,难于在动态工况下进行在线锂电池状态准确估计的工程应用问题,应用时频转化和数值求解方法建立了锂电池改进降维电化学机理-电气耦合模型的状态方程,结合SOC与SOH的解耦方法,使用滑膜观测器和扩展卡尔曼等方法建立锂离子动力电池基于改进降维模型的状态估计算法,考虑在准确的电池SOC初值情况下,在HPPC工况下实现了电池SOC/SOH联合估计,设计了锂电池系统测试试验对仿真结果进行了分析与评价。4)城市道路工况下的锂电池电化学机理-电气耦合模型的SOC/SOH联合估计。针对电化学机理-电气耦合模型计算量大,难于在车载BMS中进行电池SOC/SOH联合估计的问题,分析了基于统计的城市道路工况下电池动态测试工况的建立方法,构建了电动汽车动力电池动态测试工况。提出了基于降维电化学机理-电气耦合模型的估计算法,考虑在不准确的SOC初值情况下,在基于城市道路工况下的动力电池动态测试工况下实现了电池SOC/SOH联合估计。设计了锂电池系统测试试验,利用试验结果验证与评价了提出的估计方法在不准确初始SOC值、不确定工况与老化等因素情况下的进行SOC/SOH估计精确性,解决了考虑城市道路工况下电化学机理-电气耦合模型应用于车载BMS进行电池SOC/SOH联合状态估计难题。本课题提出的锂电池衰减电化学机理研究与单电极机理建模方法、锂电池电化学机理-电气耦合建模理论、考虑电动汽车在城市道路工况下开发了基于降维电化学机理-电气耦合模型的电池SOC/SOH联合估计方法,解决了车载锂离子动力电池SOC与SOH估计及联合估计问题,为锂电池电化学机理-电气耦合模型在电动汽车上的高效应用提供了理论支撑。提出的基于降维电化学机理-电气耦合模型的估计方法解决了锂电池电化学机理-电气耦合模型在考虑实车运行动态工况下的SOC/SOH联合估计问题,具有工程应用价值。