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新能源汽车锂离子电池各参数的时间序列关系

news 来源：原创 2025/5/23 4:35:52

Hi，大家好，我是半亩花海。为了进一步开展新能源汽车锂离子电池的相关研究，本文主要汇总并介绍了电动汽车的锂离子电池的各项参数，通过 MATLAB 软件对 Oxford Dataset 的相关数据集进行数据处理与分析，进一步研究各项参数随着循环次数或时间的变化规律（待持续更新），从而更好地设计后续模型的输入等。

一、因变量与自变量汇总

1. 因变量

2. 自变量

二、时间序列关系

1. 电压-时间曲线（Voltage-Time）

2. 电流-时间曲线（Current-Time）

3. 电荷-时间曲线（Charge-Time）

4. 温度-时间曲线（Temperature-Time）

5. 电池放电容量-循环次数曲线（Battery Discharge Capacity - Cycle）

6. 电池温度-循环次数（Battery Temperature - Cycle）

7. 电压变化率-循环次数曲线（Voltage Change Rate(Vdin) - Cycle）

8. 充电时间-循环次数曲线（Charge Time - Cycle）

9. 健康状态-循环次数（SOH-Cycle）

（1）CX 电池（不同放电倍率下）

（2）PL 电池（不同放电倍率下）

（3）PL 电池（不同放电深度 / DOD下）

一、因变量与自变量汇总

1. 因变量

电压（Voltage）
电流（Current）
电荷（Charge）
温度（Temperature）
放电容量（Discharge Capacity）
电压变化率（Voltage Change Rate(Vdin)）
充电时间（Charge Time）

2. 自变量

时间（Time）
循环次数（Cycle）

二、时间序列关系

下面的各表基于 Oxford Dataset 中的牛津大学电池驾驶循环数据集，使用 MATLAB 软件，首先分析 Oxford Battery Degradation Dataset 1（牛津电池退化数据集1）。

在数据集“ExampleDC_C1.mat”（仅包含第一次充放电循环的记录电压、电流和温度等数据）中，我们对 Charge 和 Discharge（即充放电过程：2-C 恒流充电、可变电流放电）进行数据处理与分析，结果如下面的1~4；

在数据集“Oxford_Battery_Degradation_Dataset_1.mat”中（包含每 100 个周期进行的表征测试的结果，直到电池寿命结束），我们分别对 1-C 循环与伪 OCV 循环（即 1-C 充电(C1ch)、1-C 放电(C1dc)、伪 OCV 充电(OCVch)和伪 OCV 放电(OCVdc)）进行数据处理与分析，结果如下面的5~8。

1. 电压-时间曲线（Voltage-Time）

描述：表示电池在充电和放电过程中，电压随时间变化的关系。充电时，电压通常会逐渐增加；放电时，电压通常会下降。
常见应用：用于分析电池的充放电特性、判断电池的健康状态、识别电池是否出现电压衰减等问题。

2. 电流-时间曲线（Current-Time）

描述：表示电池在充放电过程中，电流随时间变化的关系。充电时，电池的电流通常为正；放电时，电池的电流通常为负。
常见应用：用于分析电池的充放电速率、电流波动对电池的影响等。

3. 电荷-时间曲线（Charge-Time）

描述：表示电池在充放电过程中，电荷随时间变化的关系（电荷积累和消耗情况）。充电时，电池的电荷逐渐增加（电荷值为正）；放电时，电池的电荷逐渐减少（电荷值为负）。
常见应用：用于分析电池的容量和使用过程中的电荷变化，帮助评估电池的健康状态。

4. 温度-时间曲线（Temperature-Time）

描述：表示电池的温度随时间变化的关系。电池在充电和放电过程中，由于内阻产生的热量可能导致温度的变化。充电时，电池温度可能会有温升；放电时，电池温度可能会因电流流动产生温度变化。
常见应用：用于监控电池的温度变化，评估电池的热管理效果，预防过热和过冷现象，确保电池的安全性。

5. 电池放电容量-循环次数曲线（Battery Discharge Capacity - Cycle）

描述：展示了电池容量衰减的情况。该图反映了电池在每个放电周期后，放电容量随循环次数的变化。随着充放电循环的增加，电池的容量通常会逐渐衰减（因放电时电荷值为负，故绝对值在减少，即放电容量下降），这与电池的老化过程相关。
常见应用：用于评估电池的衰退速度，即随着使用的循环次数增加，电池容量的衰减情况。对于电池寿命预测和健康状态评估，这类图形非常重要。

6. 电池温度-循环次数（Battery Temperature - Cycle）

描述：展示了电池在充放电循环中的温度变化（分别有 Max Temp、Avg Temp、Min Temp，即最高温度、平均温度、最低温度），帮助监测电池的热管理情况。该图反映了电池在不同充放电循环次数下的温度变化情况。在每个充放电周期中，电池由于内阻、充电电流和放电电流等因素会产生一定的热量，导致温度升高或波动。
常见应用：用于监测电池的热管理情况，了解电池是否存在过热或过冷的风险。长期的高温环境会加速电池的衰老，因此这类图形可以帮助判断电池是否存在过热问题，从而预防电池故障。

7. 电压变化率-循环次数曲线（Voltage Change Rate(Vdin) - Cycle）

描述：展示了电池电压变化速率的变化，用来评估电池的内阻变化或性能退化。该图展示了电池在不同充放电循环中的电压变化速率。电池的电压变化率可能受到多个因素的影响，例如电池健康状态、充电或放电速率、温度等。电压变化速率较快可能意味着电池内部存在较大内阻或其他性能退化问题。
常见应用：可以帮助识别电池的性能衰退，如电池出现较高的内阻或无法保持稳定电压的情况。电池的电压变化速率过高可能是电池损坏的早期迹象。

8. 充电时间-循环次数曲线（Charge Time - Cycle）

描述：展示了电池充电时间随循环次数的变化，帮助识别电池充电效率的衰退。该图反映了电池在不同充放电循环次数下，完成一次充电所需的时间。随着电池的老化，充电时间通常会逐渐增加，因为电池的充电效率下降，可能是由于容量衰减或内阻增加所致。
常见应用：用于监测电池的充电效率。如果充电时间显著增加，可能表明电池的性能衰退或存在异常，帮助及时发现电池问题。

9. 健康状态-循环次数（SOH-Cycle）

下面的变化规律是基于中文硕博论文里的一些图表，展示了 CX 电池在不同放电倍率下、PL 电池在不同放电倍率下、PL 电池不同放电深度下的电池健康状态与循环次数之间的关系。我们从以下三张图中可以看出，随着循环次数的增加，SOH 基本上都呈现逐渐下降的趋势，最后大部分趋向一个较为稳定的状态。

一、因变量与自变量汇总

1. 因变量

2. 自变量

二、时间序列关系

1. 电压-时间曲线（Voltage-Time）

2. 电流-时间曲线（Current-Time）

3. 电荷-时间曲线（Charge-Time）

4. 温度-时间曲线（Temperature-Time）

5. 电池放电容量-循环次数曲线（Battery Discharge Capacity - Cycle）

6. 电池温度-循环次数（Battery Temperature - Cycle）

7. 电压变化率-循环次数曲线（Voltage Change Rate(Vdin) - Cycle）

8. 充电时间-循环次数曲线（Charge Time - Cycle）

9. 健康状态-循环次数（SOH-Cycle）

（1）CX 电池（不同放电倍率下）

（2）PL 电池（不同放电倍率下）

（3）PL 电池（不同放电深度 / DOD下）

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