動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)是電動(dòng)汽車發(fā)展后時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)。

　　以磷酸鐵鋰動(dòng)力電池為研究對(duì)象，首先以偽二維電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理模型為基礎(chǔ)，仿真分析不同充放電倍率和工況實(shí)驗(yàn)環(huán)境下電池端電壓過(guò)電勢(shì)組分情況，得出在低倍率恒流充放電以及脈沖工況放電過(guò)程中，電池的過(guò)電勢(shì)均值近似恒定。以此現(xiàn)象為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了電池健康狀態(tài)特性參數(shù)提取方法。

　　首先，基于非線性最小二乘法實(shí)現(xiàn)了低倍率恒電流充放電的電池容量相關(guān)參數(shù)的提取；然后，將該方法與已有的電池開(kāi)路電壓、阻抗參數(shù)提取方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在低平均倍率、脈沖工況下的電池容量特征和內(nèi)阻特征參數(shù)的提取；最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。

　　該方法可為磷酸鐵鋰電池的健康評(píng)價(jià)、梯次利用再分類與再成組提供依據(jù)。

　　電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展有效地緩解了能源壓力和環(huán)境污染問(wèn)題。隨著近年來(lái)國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車行業(yè)的大力扶持，電動(dòng)汽車也逐漸得到了廣大消費(fèi)者的認(rèn)同，保有量逐年增加。然而，電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池在經(jīng)過(guò)數(shù)年的使用之后，將不能滿足電動(dòng)汽車正常運(yùn)行的需求，此時(shí)會(huì)有大量的動(dòng)力電池從電動(dòng)汽車上退役下來(lái)，這些電池的出路成為亟待解決的問(wèn)題。

　　在此背景下，我國(guó)在“十二五”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃中首次將電池梯次利用技術(shù)納入示范應(yīng)用項(xiàng)目，要求對(duì)電池梯次利用的篩選原則、成組方法和系統(tǒng)方案進(jìn)行研究，并建立車用淘汰鋰離子電池準(zhǔn)入導(dǎo)則。另外，國(guó)務(wù)院2012年7月頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）》明確提出要制定動(dòng)力電池回收利用管理辦法，建立電池梯級(jí)利用和回收管理體系。

　　電池梯次利用是指將在某一用途中淘汰的電池再次作為儲(chǔ)能元件應(yīng)用到其他適合使用的場(chǎng)合。例如將電動(dòng)汽車上退役的電池應(yīng)用于對(duì)體積和能量密度要求較弱的儲(chǔ)能電站、備用電源等領(lǐng)域，對(duì)無(wú)法使用的電池進(jìn)行回收、拆解與再生。實(shí)施梯次利用，一方面可以延長(zhǎng)電池的使用壽命，另一方面也可以降低電池高昂的使用成本。

　　國(guó)內(nèi)外對(duì)電池梯次利用相關(guān)技術(shù)開(kāi)展了廣泛的研究。我國(guó)“十二五”863課題“鋰離子電池全產(chǎn)業(yè)鏈工藝技術(shù)與國(guó)產(chǎn)化裝備以及梯次利用與回收技術(shù)研究”、中國(guó)電科院、國(guó)網(wǎng)北京電力公司與北京交通大學(xué)共同承擔(dān)的“電動(dòng)汽車動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目，北京市科技計(jì)劃課題“電動(dòng)汽車鋰離子電池系統(tǒng)全生命周期利用技術(shù)研究與示范”，江西省電力公司電動(dòng)汽車動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)“產(chǎn)學(xué)研”課題，河南省退役電池儲(chǔ)能示范工程項(xiàng)目，哈爾濱工業(yè)大學(xué)與中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司開(kāi)展的“動(dòng)力電池梯級(jí)利用及回收技術(shù)開(kāi)發(fā)”預(yù)先研究項(xiàng)目，臺(tái)灣中山科學(xué)技術(shù)研究所以及臺(tái)灣科學(xué)技術(shù)大學(xué)等針對(duì)電池梯次利用的技術(shù)挑戰(zhàn)、商業(yè)優(yōu)化、梯次利用系統(tǒng)優(yōu)化等問(wèn)題展開(kāi)了多方面的研究[1-4]。

　　美國(guó)國(guó)家能源部、可再生能源實(shí)驗(yàn)室、太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、NEC美國(guó)實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)馬爾凱理工大學(xué)、巴西南里奧格蘭德聯(lián)邦大學(xué)等機(jī)構(gòu)針對(duì)動(dòng)力電池梯次利用的可行性分析、環(huán)境價(jià)值、環(huán)境價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、電池評(píng)價(jià)流程、再成組系統(tǒng)優(yōu)化和管理等方面開(kāi)展了研究。

　　可以看出，國(guó)內(nèi)外對(duì)動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)的研究非常廣泛。然而，目前針對(duì)廢舊動(dòng)力電池的健康特征參數(shù)提取方法的研究相對(duì)較少。

　　本文以容量狀態(tài)和內(nèi)阻狀態(tài)作為磷酸鐵鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

　　首先以偽二維電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理模型為基礎(chǔ)，仿真分析電池在不同充放電倍率和工況實(shí)驗(yàn)環(huán)境下端電壓、過(guò)電勢(shì)組分情況。

　　隨后分析電池端電壓對(duì)模型參數(shù)的敏感程度，選出可以表征磷酸鐵鋰電池容量特性的參數(shù)作為待辨識(shí)參數(shù)；分析目標(biāo)函數(shù)的極值特性，采用列文伯格-馬夸爾特（Levenberg-Marquart）非線性最小二乘法提取1C/25充電曲線（稱為偽開(kāi)路電壓或準(zhǔn)開(kāi)路電壓曲線[9,10]）對(duì)應(yīng)的電池容量特征參數(shù)和內(nèi)阻值；進(jìn)一步針對(duì)低倍率脈沖工況，使用已有的簡(jiǎn)化電池阻抗模型與分?jǐn)?shù)階聯(lián)合卡爾曼濾波算法與本文的容量特征參數(shù)提取方法相結(jié)合，分步提取電池的健康狀態(tài)特征參數(shù)值。

　　結(jié)論

　　本文以磷酸鐵鋰動(dòng)力電池為研究對(duì)象，著重研究了電池容量特征參數(shù)的提取方法。通過(guò)對(duì)電池在不同充放電倍率和工況條件下端電壓、過(guò)電勢(shì)的大小和組分情況的仿真分析，得出在低倍率恒流充放電以及低平均倍率脈沖工況放電過(guò)程中電池的過(guò)電勢(shì)均值近似恒定的結(jié)論。

　　在此基礎(chǔ)上，基于非線性最小二乘法實(shí)現(xiàn)了低倍率恒流充放電工況下容量特征參數(shù)的提取。將該方法與已有的聯(lián)合卡爾曼濾波方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在低平均倍率脈沖放電工況下的電池容量特征和內(nèi)阻特征參數(shù)的提取，最后通過(guò)電池老化實(shí)驗(yàn)和特性試驗(yàn)驗(yàn)證了本文磷酸鐵鋰電池健康狀態(tài)提取方法的有效性。

　　本文方法可以在磷酸鐵鋰電池的回收、分類再成組與再利用過(guò)程中應(yīng)用。