高比能量锂离子电池性能衰减机制、寿命预测及耐久性管理技术基础

基本信息
批准号:U1664255
项目类别:联合基金项目
资助金额:225.00
负责人:姜久春
学科分类:
依托单位:北京交通大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:包丽颖,Bor Yann Liaw,柳志民,张维戈,张琳静,李宁,马泽宇,陈大分,田君
关键词:
老化机理耦合机制耐久性管理高比能量锂离子电池寿命预测
结项摘要

The life decay problems have been the critical factor restricted the applications of the high-energy lithium-ion batteries (LIBs). Currently, empirical formula fitting based onexperimental data is mainly employed as the life prediction method of LIBs. However, study on thecorrelation between the battery performance decay and the electrochemical characteristics variation of electrode is rarely reported. This project takes into account from the performance decay mechanisms of coin-type battery and commercial unit cell to the durability management of battery system. Based on themicroscopic properties such as compositional and structural changes of electrode materials and electrode/electrolyte interface, and macroscopic characteristics such as capacity and resistance, combined with in situ/ex situ measurement, we study the performance decay mechanism of LIBs; the influence of single stress to commercial batteries; the coupling mechanisms of each single stress and the corresponding relationship between internal electrochemical reactions and the change of battery external characteristics during the battery capacity degradation process. Based on the researches above, we put forward battery cell accelerated lifetime testing methods, battery lifetime prediction methods based on the fusion of battery aging state identification and data-driven methods. Then we explore the evolution rules of the inconsistencies among battery cells in the different grouping patterns and establish the battery system lifetime prediction model. By studying optimizing and control methods of battery system thermal field, we put forward the charge/discharge-thermal field coordinated control strategy, eventually realizing the aim of durability optimizing management of the battery system.

高比能量锂离子电池的寿命衰减问题已成为其应用的重要制约因素,目前锂离子电池寿命预测方法主要是基于实验数据的经验公式拟合,而对于电池性能衰减与材料电化学特性变化规律的相关性研究尚浅。本项目按照原理电池和商用电池单体性能衰减机制到电池系统耐久性管理的研究思路,从电极材料和界面的组成结构变化等微观属性与电池容量、阻抗演变规律等宏观属性的角度出发,采用原位和异位观测相结合的测试手段,研究高比能量三元锂离子电池性能衰减机理,研究单应力对商用电池寿命的影响及各应力的耦合机制,研究电池衰减过程中电化学反应过程与外特性参数变化之间的对应关系,提出电池单体加速寿命试验方法、老化状态识别-数据驱动融合的寿命预测方法;探索不同成组方式下各电池单体间的作用机制及不一致性变化规律,建立电池系统寿命预测模型,研究电池系统热场优化控制方法,提出充放电-热场协同优化控制策略,最终实现电池系统耐久性优化管理的目标。

项目摘要

为缓解环境危机,新能源车辆已被列入我国七大战略新兴产业,是“中国制造 2025 ”的重要组成部分。高性能锂离子动力电池作为新能源车辆的关键技术,其寿命衰减问题已成为其应用的重要制约因素。本项目采用原位和异位观测相结合的测试手段,从材料基础科学问题出发,研究了锂离子电池用不同体系高容量电极材料的容量衰减机理,提出正负极活性材料损失和锂离子损失对电池容量衰退的影响;进而研究了商用锂离子电池在温度、倍率和SOC区间等应力下的衰退机理,提出了电池健康状态多指标表征参数体系,建立了电池寿命衰减模型,并基于分区间循环建立了电池寿命快速评估方法;基于电池寿命测试以及特征参数演变规律,提出了老化状态识别-数据驱动融合的寿命预测方法,以可用能量为依据提出了锂离子电池系统性能衰减规律、健康状态估计和寿命预测方法;研究了电池的产热特性,基于电池电学模型和热学模型,建立了简化的频域热电耦合模型,提出电池一致性控制方法和均衡策略。最后,综合考虑电池系统衰减规律和寿命模型,提出电池耐久性充放电管理策略,搭建了广义电池管理系统,为高比能量锂离子电池安全稳定运行提供了夯实的理论依据和保证。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

DOI:
发表时间:2016
2

农超对接模式中利益分配问题研究

农超对接模式中利益分配问题研究

DOI:10.16517/j.cnki.cn12-1034/f.2015.03.030
发表时间:2015
3

黄河流域水资源利用时空演变特征及驱动要素

黄河流域水资源利用时空演变特征及驱动要素

DOI:10.18402/resci.2020.12.01
发表时间:2020
4

基于LASSO-SVMR模型城市生活需水量的预测

基于LASSO-SVMR模型城市生活需水量的预测

DOI:10.19679/j.cnki.cjjsjj.2019.0538
发表时间:2019
5

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015

姜久春的其他基金

批准号:71041025
批准年份:2010
资助金额:13.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51277010
批准年份:2012
资助金额:78.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

外在多因素作用下锂离子电池性能衰减机理及寿命预测研究

批准号:51677183
批准年份:2016
负责人:王丽芳
学科分类:E0707
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
2

高比能量磷酸盐体系锂离子电池正极材料的设计及性能研究

批准号:51402107
批准年份:2014
负责人:邝泉
学科分类:E02
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

寒冷地区高性能混凝土耐久性参数及使用寿命预测的研究

批准号:50078019
批准年份:2000
负责人:巴恒静
学科分类:E08
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
4

动力电池性能衰减机理及复杂车载工况下的等效寿命预测模型研究

批准号:U1764256
批准年份:2017
负责人:魏学哲
学科分类:E02
资助金额:244.00
项目类别:联合基金项目