新能源汽车锂离子电池各参数的时间序列关系

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](#1. 因变量)

[2. 自变量](#2. 自变量)

二、时间序列关系

[1. 电压-时间曲线（Voltage-Time）](#1. 电压-时间曲线（Voltage-Time）)

[2. 电流-时间曲线（Current-Time）](#2. 电流-时间曲线（Current-Time）)

[3. 电荷-时间曲线（Charge-Time）](#3. 电荷-时间曲线（Charge-Time）)

[4. 温度-时间曲线（Temperature-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）](#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）](#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）](#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）](#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）](#9. 健康状态-循环次数（SOH-Cycle）)

[（1）CX 电池（不同放电倍率下）](#（1）CX 电池（不同放电倍率下）)

[（2）PL 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）](#（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。