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動力電池容量估計(jì)的新方法！同濟(jì)團(tuán)隊(duì)成果發(fā)表于《自然·通訊》
4月27日，《自然·通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了題為“Data-driven capacity estimation of commercial lithium-ion batteries from voltage relaxation”的研究論文。該研究由同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院魏學(xué)哲教授團(tuán)隊(duì)完成，團(tuán)隊(duì)朱建功副教授為論文第一作者，戴海峰教授為論文通訊作者。同濟(jì)大學(xué)為論文第一完成單位，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院為第二完成單位。這一研究成果提供了一種動力電池容量估計(jì)的新方法，為多種應(yīng)用場景下的電源系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)提供了新思路。
電池在應(yīng)用過程中，其容量是逐漸衰減的。如在電動汽車整車層面，電池容量決定了汽車充電后的最大續(xù)行駛里程。在電池系統(tǒng)層面，電池容量是電池管理中很多關(guān)鍵狀態(tài)的必要輸入，也是電池健康度的一個(gè)重要表征量。但在車載條件下，電池容量很難獲取。
圖1 提出的容量估計(jì)方法在不同的機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)模型上的結(jié)果對比
研究成果使用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，提出了一種基于電池弛豫電壓特征的容量估計(jì)方法。該方法從動力電池滿充電后的弛豫電壓信息中提取特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電池容量估計(jì)誤差（RMSE）為1.1%（圖1）。通過構(gòu)建遷移學(xué)習(xí)辦法，提升估計(jì)方法的泛化能力和普適性。所構(gòu)建的遷移學(xué)習(xí)辦法在其他兩款不同材料體系電池上進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證得到的估計(jì)誤差低于1.7%。
表1 三款不同材料體系商用鋰離子電池長循環(huán)測試數(shù)據(jù)集
研究成果公開了三款不同材料體系商用鋰離子動力電池長循環(huán)測試數(shù)據(jù)如表1，包含130顆電池單體，每顆單體根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)條件循環(huán)了50~1400次，實(shí)驗(yàn)條件包含了3個(gè)溫度點(diǎn)（25℃， 35℃，45℃），5個(gè)充放電倍率（0.25C， 0.5C， 1C， 2C， 4C）。
專業(yè)人士表示，本研究提出的基于電池弛豫電壓特征參數(shù)的容量估計(jì)方法，具有不依賴電池歷史信息和環(huán)境信息、不需要特定的電池測試條件和電壓區(qū)間的優(yōu)勢，為動力電池多種應(yīng)用場景和電源技術(shù)的開發(fā)，如停車充電、換電、梯次利用壽命評估和壽命預(yù)測等方面提供新的研究思路和解決方向。
這一研究主要由同濟(jì)大學(xué)、德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院和不列顛哥倫比亞大學(xué)合作完成，研究得到德國洪堡基金會、國家自然科學(xué)基金及中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助，得到德國烏爾姆-卡爾斯魯厄電化學(xué)能源存儲平臺支持。
本研究還向全球開放數(shù)據(jù)，開放獲取鏈接為：
https://doi.org/10.5281/zenodo.6379165
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