时变应力下蓄电池循环寿命预测方法研究

论文摘要

近年来随着材料科学的发展和生产工艺的提高,蓄电池寿命越来越长,通过寿命试验已经很难获取足够数量的失效数据,很多情况下基于失效数据的寿命预测方法不再适用。由于退化试验中包含了大量与产品寿命相关的信息,因此基于性能退化理论的寿命预测方法成为解决长寿命、高可靠性、小子样产品寿命预测问题的主要手段。目前,性能退化寿命预测方法相关研究主要是针对传统退化试验(如常应力、恒定应力、步进应力和序进应力退化试验)条件下的退化数据展开的,而较少涉及时变应力条件下的退化数据。蓄电池循环寿命测试中温度应力随时间不断变化,不同水平的温度应力对性能退化量和退化率均有显著影响。我们将这种随时间不断变化的应力称作时变应力。针对上述问题,本文在现有退化建模方法的基础上,将时变应力对性能退化量的影响引入到退化模型中,解决了时变温度应力下蓄电池循环寿命预测问题。论文主要内容如下:(1)对基于性能退化理论的寿命预测方法进行总结,并在传统退化试验的基础上提出时变应力退化试验的概念。(2)以卫星镉镍蓄电池为研究对象,展开循环寿命测试并对退化数据进行分析,最终确定将放电终压(End of Discharge Voltage,EODV)作为关键性能参数,在考虑温度对EODV量值影响的基础上建立时变温度应力下的EODV广义退化模型,并通过伪寿命法和随机参数向量法分别实现镉镍蓄电池循环寿命预测。(3)以锂离子电池为研究对象,对其展开循环寿命测试并对退化数据进行分析,最终确定将可用容量作为关键性能参数,同时考虑温度对可用容量量值及其退化率的影响,建立时变温度应力下的可用容量广义退化模型,通过伪寿命法实现不同温度下的锂离子电池循环寿命预测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 性能退化产品寿命预测方法研究现状
• 1.2.2 非恒定应力退化试验数据研究现状
• 1.2.3 蓄电池寿命预测方法研究现状
• 1.3 论文的主要内容及结构安排
• 第二章 基于性能退化的寿命预测方法
• 2.1 基本理论
• 2.1.1 性能退化定义
• 2.1.2 性能退化寿命预测方法理论体系
• 2.2 常见退化模型
• 2.2.1 广义退化模型
• 2.2.2 失效物理模型
• 2.2.3 随机过程模型
• 2.2.4 随机过程模型
• 2.3 基于广义退化模型的寿命预测方法
• 2.3.1 基于伪寿命分布的寿命预测方法
• 2.3.2 基于随机参数向量的寿命预测方法
• 2.4 退化试验
• 2.4.1 常应力退化试验
• 2.4.2 加速退化试验
• 2.4.3 时变应力退化试验
• 2.5 本章小结
• 第三章 时变应力下卫星镉镍蓄电池循环寿命预测方法
• 3.1 时变应力镉镍蓄电池退化试验
• 3.1.1 镉镍蓄电池工作原理
• 3.1.2 循环寿命测试
• 3.1.3 失效机理分析与关键性能参数选取
• 3.2 时变应力下EODV退化建模
• 3.2.1 EODV与温度关系模型
• 3.2.2 EODV退化模型
• 3.2.3 参数估计
• 3.2.4 模型检验
• 3.3 基于伪寿命法的镉镍蓄电池循环寿命预测方法
• 3.3.1 伪寿命外推
• 3.3.2 伪寿命分布
• 3.3.3 寿命预测
• 3.4 基于随机参数向量法的镉镍蓄电池寿命预测方法
• 3.4.1 退化轨道参数分布建模
• 3.4.2 参数估计
• 3.4.3 寿命预测
• 3.5 本章小结
• 第四章 时变应力下锂离子电池循环寿命预测方法
• 4.1 时变应力锂离子电池退化试验
• 4.1.1 锂离子电池工作原理
• 4.1.2 循环寿命测试
• 4.1.3 失效机理分析
• 4.2 时变应力下可用容量退化建模
• 4.2.1 可用容量退化模型
• 4.2.2 参数估计
• 4.3 基于伪寿命法的锂离子电池循环寿命预测方法
• 4.3.1 伪寿命外推
• 4.3.2 寿命预测
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的主要贡献
• 5.2 进一步的研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果