论文一：采用双向非线性机-电-热耦合分析方法预测准静态压痕引起的锂离子电池热失控

【分类】电池安全

【题目】Two-way nonlinear mechanical-electrochemical-thermal coupled analysis method to predict thermal runaway of lithium-ion battery cells caused by quasi-static indentation

【作者】Dong-Chan Lee, Chang-Wan Kim

【单位】Department of Mechanical Engineering, Konkuk University, 120, Neung Dong-ro, Gwangjin-gu, Seoul, 05029, Republic of Korea; School of Mechanical Engineering, Konkuk University, 120, Neung Dong-ro, Gwangjin-gu, Seoul, 05029, Republic of Korea

【下载地址】https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228678

【摘要】最近的热失控事故引起了人们对锂离子电池安全性的关注。由于热失控实验的危险性，数值方法已引起人们的重视。本文提出了一种双向非线性机-电-热耦合分析方法来分析准静态压痕引起的内部短路和预测压降和温升。该方法的建模方法是考虑了电池组分材料非线性特性和具体分层结构；然后，计算了机械变形和阴极阳极接触引起的内部短路。由Randles等效电路计算了内部短路产生的热量。热模型利用电化学模型中的热量计算温度变化。在每个时间步，我们通过机-电-热耦合模型分析内部短路，产热，和温升。将预测值与三种不同直径球冲孔压痕实验结果进行了比较；内部短路的发生和峰值温度的预测值和实验结果的误差分别为3.3%和3.2%。峰值温度随球头直径的增大而减小；我们的模型准确地预测了内部短路引起的电压降。

【关键词】锂离子电池；双向机-电-热耦合分析；热失控；内部短路；细致分层；Randles电路

【推荐理由】本文所建立的双向非线性机-电-热耦合分析模型，可以分析准静态压痕引起的内部短路，同时可以在短时间内依次计算各时间步内的短路、发热和温升。可以帮助读者快速的了解整体框架的构建。

【关键插图】

图1 (a)锂离子电池单体的尺寸和组分的厚度（以四分之一大小为例）;(b)机械、电化学和热模型各子模型的双向耦合分析

图2 三种不同直径压痕试验数值预测和实验测量载荷位移响应的比较.当反作用力急剧下降时,隔膜破裂电池内部短路.随着球形压头直径的增大,发生短路的压头峰值力和压头深度均增大.冲头直径越大,接触面积越大,反作用力越大.三种压头的预测结果与实验结果相似

论文二：一种考虑加热时间和老化衰减的锂离子电池低温内部加热优化策略

【分类】电池加热

【题目】An optimal internal-heating strategy for lithium-ion batteries at low temperature considering both heating time and lifetime reduction

【作者】Haijun Ruan, Jiuchun Jiang, Bingxiang Sun, Xiaojia Su, Xitian He, Kejie Zhao

【单位】National Active Distribution Network Technology Research Center (NANTEC), Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

【下载地址】https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113797

【摘要】电池的低温预加热是确保电动汽车在全气候条件下表现出优异性能的基础。与交流加热相比，直流放电加热具有实现简单、产热量高的特点，可用于快速预加热电池。实验结果表明，随着放电加热电压的降低，加热时间明显缩短，同时容量退化明显加剧。提出了一个简单的老化模型来分析电池在直流放电加热下的容量损失。利用多目标遗传算法得到了加热时间和可用容量损失这两个关键却又相互矛盾的目标的Pareto前沿，讨论了加权系数对加热性能的影响，从而提出了一种优化的内部加热策略。结果表明，电池在103秒内能从-30°C快速加热至2.1°C，经过500次反复加热后容量损失仅为1.4%，这意味着电池寿命基本上没有受到影响。在80%SOC下，与未加热电池相比，加热后的电池可提供8.7/32.7倍的放电/充电功率和62.46倍的放电能量，电池低温性能显著提升。所提出的最优加热方法，由于加热速度快同时寿命没有实质性的衰减，因此在快速提高电池低温性能方面具有很大的潜力。

【关键词】锂离子电池；低温；最优加热；老化模型；热模型；直流放电加热

【推荐理由】本文为电池加热优化策略领域比较有代表性的一篇文章，可以帮助读者快速了解在低温情况下的热模型及老化模型建模思路，并结合优化算法在权衡了加热速度与老化。最后对比了加热与未加热电池的低温性能，验证了加热策略的有效性。此外文中有加热过程的建模公式与参数，可以快速学习并复现建模过程并对其进行优化。

【关键插图】

图1 (a)加热示意图;(b)不同端电压加热下电池电压和温度的变化曲线;(c) 电池在不同电压下加热时产生的加热功率

图2 (a)以帕累托前沿为目标,得出不同加权系数下的最优值;(b)加权系数为0.5时的单目标函数值

论文三：锂离子电池析锂的无损检测、表征和量化

【分类】电池析锂

【题目】Nondestructive detection, characterization, and quantification of lithium plating in commercial lithium-ion batteries

【作者】Mathias Petzl, Michael A. Danzer

【单位】Helmholtz-Institut Ulm (HIU) 赫尔姆霍兹研究所, Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) 德国太阳能和氢研究中心

【下载地址】https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.12.060

【摘要】电池析锂是锂离子电池在低温和高充电倍率下的典型老化机制，因此需要一种即时检测的方法来保证电池的安全运行并能延长电池的寿命。提出一种新的无损方法来检测、表征和量化磷酸铁锂电池中的析锂现象，这也对电池管理系统（BMS）至关重要。该方法基于发生析锂条件下充电后的放电曲线中的高电压平台，这个平台对应于石墨表面析锂层重新嵌入过程。结果表明，这种微分电压法能定量估计析锂，且需要区分可逆和不可逆的析锂。研究了不同的工作条件，即充电温度、荷电状态（SOC）和充电电流对析锂现象的影响以阐明这种老化形式。

【关键词】析锂；老化；微分电压法；嵌锂；可逆

【推荐理由】本文提供了锂电池析锂的无损检测方法思路，首次提出使用微分电压法（Differential voltage analysis，DVA）量化检测析锂，区分可逆析锂和不可以析锂，并给出了简化的析锂-嵌锂模型。

【关键插图】

图1 利用放电曲线与DVA曲线检测析锂

如果电池发生了析锂，在放电过程中，会发生锂金属的氧化，该过程会在 DVA 曲线上显示出对应的峰。分析图1（a）可知，已经发生析锂的电池在放电初始阶段，电压曲线会呈现一个平台，该平台被认为对应锂金属的氧化过程；该过程在图1（b）DVA 曲线上出现对应的峰，从 DVA 曲线上读出该峰结束时对应的放电电量，可估算析出的锂金属被氧化的量。

图2 锂电池析锂-嵌锂简化模型(a)低SOC析锂;(b)低SOC嵌锂 ;(c)中SOC析锂;(d)中SOC嵌锂;(e)高SOC析锂;(f)高SOC嵌锂

论文四：下一代电池管理系统：动态结构重组

【分类】动态结构电池组

【题目】Next-Generation Battery Management Systems:Dynamic Reconfiguration

【作者】Weiji Han，Torsten Wik，Anton Kersten，Guangzhong Dong，Changfu Zou

【单位】Chalmers University of Technology

【下载地址】http://dx.doi.org/10.36227/techrxiv.12676571.v1

【摘要】电池已广泛应用于交通运输、电力系统、通信网络等行业。为了满足实际应用中的各种电压、功率和能量要求，多个电池单体需要串联或并联成组使用。尽管电池技术在过去十年中取得了长足的进步，但现有的电池管理系统（BMS）主要侧重于固定结构电池系统的状态监测和控制。固定结构电池系统会受性能最差的单体限制，导致系统内大部分单体未被充分利用。通过动态重新配置电池单元连接结构，BMS可以对电池单体、模块和电池组实现更加高效、灵活的管理。本文概述了具有动态结构重新配置功能的下一代BMS，并系统地讨论动态结构电池系统（RBS）的优势、RBS的硬件设计、管理方式和优化算法等内容。文章最后总结了当前RBS在实际设计和实施过程中存在的问题与挑战。

【关键词】锂离子电池；动态结构电池系统

【推荐理由】本文为动态结构电池系统（Reconfigurable Battery Systems，RBS）比较有代表性的一篇综述文章，可以帮助读者快速了解RBS含义、相关结构、设计方法及应用现状。

【关键插图】

图1 不同结构的RBS电路

论文五：基于中心差分Kalman滤波器的LiFePO4电池多约束可用功率预测

【分类】电池功率能力预测

【题目】Available power prediction limited by multiple constraints for LiFePO4 batteries based on central difference Kalman filter

【作者】Jiale Xie, Jiachen Ma, Jun Chen

【单位】School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin, China

【下载地址】http://dx.doi.org/10.1002/er.4227

【摘要】车载电池的可用功率需要实时预测以适应未来的超车、坡度驾驶需求爬升、定速巡航和再生制动。通常，电池的功率能力受到多种限制，如端电压、电流、荷电状态（SOC）和能量状态（SOE）。本文构建等效电路模型，在线更新模型参数，利用平方根中心差分卡尔曼滤波（SR-CDKF）构造SOC和SOE估计器。此外，还建立了电池热演化模型，考虑功率能力预测中通常被忽略的温度约束。在此基础上，提出了一种多约束条件下的电池功率预测方案。最后，对LiFePO4电池组在FUDS工况中进行了实验验证。基于SR-CDKF的SOC和SOE估计器在不同的条件下给出了准确的估计结果。与传统的PNGV-HPPC方法相比，该方法在不同的时间范围、温度和老化程度下具有更高的可靠性和鲁棒性。验证结果证明了电池建模和算法应用的有效性。

【关键词】锂离子电池；可用功率预测；多约束；平方根中心差分卡尔曼滤波器

【推荐理由】本文为电池功率能力预测方向比较有代表性的一篇文章，全面介绍了业内几种常见的功率能力预测方法，并将温度加入到功率能力预测的约束条件中，可以帮助读者快速了解该领域的主流方法。

【关键插图】

图1 (A)基于SR-CDKF的SOC估算结果,(B)基于SR-CDKF的SOE估算结果,(C)模型参数变化情况

图2 (A)放电功率预测及相应的激活约束与PNGV-HPPC法的对比;(B)充电功率预测及相应的激活约束与PNGV-HPPC法的对比

图3 (A)不同温度下10秒功率能力预测;(B)不同老化下10秒功率能力预测

论文六：基于模型迁移和贝叶斯蒙特卡罗方法的锂离子电池老化轨迹研究

【分类】老化轨迹预测

【题目】Aging trajectory for lithium-ion batteries via model migration and Bayesian Monte Carlo method

【作者】Xiaopeng Tang, et al.

【单位】Department of Chemical and Biological Engineering, Hong Kong University of Science and Technology, CN

【下载地址】https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113591

【摘要】本文提供了一种用明显减少的实验进行锂离子电池老化轨迹预测的方法。本方法由从两种电池操作模式采集的数据进行驱动。第一种是加速老化实验，在例如过充、过放、大倍率等因素下操作，覆盖了大多数电池寿命。第二种操作模式下，铜类型的电池在常速下老化，生成一个局部老化曲线。之后，基于第一种的数据建立一个加速老化模型，然后迁移为一个新模型来描述常速老化行为。在贝叶斯蒙特卡洛算法的框架下，新模型参数基于第二种的数据，用于预测剩余电池老化轨迹。本文提出的预测方法被三种类型的商业电池验证，并与两种基准算法进行了比较。两种模式下结果对老化数据的敏感性也进行了分析。结果表明，基于开始30圈的常速老化数据，所述方法可以预测整个老化轨迹（可达500圈），且均方根误差在所有考虑的情形下都小于2.5%。当只用前五圈的数据训练模型时，对所以测试电池的老化轨迹预测误差在5%以内。

【关键词】锂离子电池；模型迁移；贝叶斯蒙特卡罗；老化轨迹预测；健康状态

【推荐理由】本文提出了一种预测磷酸铁锂电池老化轨迹的方法，基于较少的实验数据量即可训练得到不同温度、不同老化甚至不同体系的电池模型，大幅减少了所需实验量，且误差较小。

【关键插图】

图1 模型迁移示意图

图2 验证了所提出的算法及其两个基准,针对其老化轨迹预测结果使用15%的数据进行模型训练,与参考值进行对比

论文七：磷酸铁锂电池主动均衡的批次控制

【分类】主动均衡

【题目】Run-to-Run Control for Active Balancing of Lithium Iron Phosphate Battery Packs

【作者】Xiaopeng Tang, et al.

【单位】Department of Chemical and Biological Engineering, Hong Kong University of Science and Technology, CN

【下载地址】https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2919709

【摘要】磷酸铁锂电池组广泛的应用于电动汽车和电网的能量存储中。然而，其平坦的电压曲线导致的SOH可观察性差是阻碍充电均衡管理的主要阻碍。本文关注了串联磷酸铁锂电池的实时主动均衡。在电压平台使准确的原位状态信息缺失的情况下，本文提出了一个基于均衡电流比例（BCR）的电池均衡算法。之后，融合基于BCR和基于电压的算法，分别负责电压平台内和平台外的均衡工作。在电池管理的研究领域中，首次将均衡过程制定为基于批处理的运行-运行控制问题。该控制算法分两种时间尺度，分别是在每批运行时的时间控制和在每批结束时的分批控制。硬件在环测试表面本文所提的均衡算法能释放97.1%的理论容量且与基准算法相比能提高5.7%的容量利用率。此外，该算法能用C语言编写，二进制仅118328个字节，很容易实时实现。

【关键词】主动电池均衡；电池管理系统；锂离子电池；批次控制

【推荐理由】磷酸铁锂电池电压平台过于平缓，导致电池SOH难以准确观测，主动均衡困难很大，只要还在用磷酸铁锂电池，这个问题就完全不可回避。本文基于模型融合给出了一种针对磷酸铁锂电池主动均衡的批次控制。

【关键插图】

图1 本文LFP电池均衡方法示意图

论文八：锂离子电池线性老化到非线性老化的析锂副反应建模

【分类】电池老化机理建模

【题目】Modeling of lithium plating induced aging of lithium-ion batteries: Transition from linear to nonlinear aging

【作者】Xiao-Guang Yang, Yongjun Leng, Guangsheng Zhang, Shanhai Ge, Chao-Yang Wang

【单位】Department of Mechanical and Nuclear Engineering and Electrochemical Engine Center (ECEC), The Pennsylvania State Univeristy, USA

【下载地址】http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.05.110

【摘要】本文提出了一种同时考虑锂离子电池析锂和固体电解质界面膜（Solid Electrolyte Interphase, SEI）生长的电池老化机理模型，并在室温和中等大小的充放电电流下利用该模型研究了锂离子电池的老化行为。研究表明，锂离子电池的老化过程可以分为两个阶段，在循环初期呈线性变化，但在后期表现为高度非线性，此时电池容量迅速下降，内阻迅速上升。线性老化阶段电池容量的衰减主要由SEI膜生长引起的，随着SEI膜的生长，负极孔隙率下降，导致负极内电解液电位梯度增大，导致了锂离子电池开始析锂，金属锂的出现进一步加速了负极/隔膜局部孔隙率的降低，进一步促进析锂。这种正反馈导致析锂速度在循环后期呈指数级的增长，同时在负极/隔膜界面附近出现局部孔隙堵塞，进而导致内阻急剧上升。此时锂离子电池从线性老化过渡到非线性老化阶段。

【关键词】锂离子电池；电池析锂；SEI膜；电池老化；孔隙堵塞

【推荐理由】本文为锂离子电池老化机理模型建模中比较有代表性的一篇文章，同时考虑了电池SEI膜生长和析锂副反应，所提出的模型能够预测锂离子电池容量跳水现象，具有很大的应用意义和价值。

【关键插图】

图1 电池充电过程中负极电化学反应示意图.负极处的总电流密度可以分为三种局部电流密度:充电过程中的嵌锂电流密度、锂离子与电解液溶剂分子反应生成新SEI膜的电流密度、锂沉积在石墨表面形成金属锂的析锂电流密度

图2 (a)总容量损失;(b)每个循环中由SEI膜生长和析锂引起的容量损失;(c)循环过程中库仑效率的变化，其中放大视图为前2500个循环内的库伦效率;(d)电池从线性到非线性老化阶段的副反应示意图

论文九：平面、圆柱对称和球对称下的扩散阻抗

【分类】电池建模

【题目】Diffusion impedance in planar, cylindrical and spherical symmetry

【作者】Torben Jacobsen，Keld West

【单位】Fysisk-Kemisk Institut, The Technical University of Denmark, DK-2800 Lyngby, Denmark

【下载地址】https://doi.org/10.1016/0013-4686(94)E0192-3

【摘要】对于具有能斯特或不可渗透扩散层边界条件的平面，圆柱和球形几何形状中的有限扩散，求解了Laplace变换扩散方程。以电极表面浓度与流量通量的拉普拉斯变换之比的形式分析了扩散阻抗。得出了许多高频和低频情况下的极限行为。从这些解决方案中，可以获得特定电极反应的扩散阻抗。

【关键词】阻抗谱；扩散阻抗；电极几何

【推荐理由】本文从基本数理方程求解的角度描述了扩散阻抗的形成及其形状表征来源，可结合EIS分析与电化学模型建模，准确认知扩散阻抗的来源。

【关键插图】

图1归一化的平面能斯特扩散阻抗。

图2 归一化的球形扩散阻抗，带下划线数组表示边界半径之比，无下划线数字为频率

论文十：电流和温度对超级电容器老化影响的模拟。第一部分：产生影响的现象综述

【分类】超级电容老化

【题目】Modelling of current and temperature effects on supercapacitors ageing. Part I: Review of driving phenomenology

【作者】Dimitri Torregrossa, Mario Paolone

【单位】Distributed Electrical System Laboratory, Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne, Switzerland

【下载地址】https://doi.org/10.1016/j.est.2015.11.003

【摘要】本文研究了电化学双层超级电容器（SCs）在最常见工作条件下的老化机理。重点研究了所谓的寿命（LE）和功率循环（PC）应力。首先在微观尺度上描述了控制超级电容工作行为的变量（即电极表面的孔隙率、电解质的扩散和电导率）。然后，本文讨论了这些变量与宏观尺度（即电解液温度和传递电流）描述SC行为的变量之间的联系。这种分析适用于LE和PC应力以及它们的组合。这些讨论可参考作者实验室通过专用试验台获得的实验结果。

【关键词】超级电容；老化；寿命加速试验；功率循环试验

【推荐理由】本文为研究超级电容性能衰退的机理的比较有代表性的一篇文章。方便读者快速从宏观和微观角度了解超级电容工作原理和老化机理，学习研究超级电容性能衰退常用的实验方法，同时结合实验，提供了不少值得参考的数据。

【关键插图】

图1 超级电容内电荷转移的示意图

图2 (a) 电极表面结构的平均示意图;(b)电极表面结构的示意图（老化后）。可以看出老化过程导致电极表面的孔隙分布变得不均匀，孔隙率降低并影响超级电容传递电荷的性能

论文十一：短时外部短路对LiCoO2 /中间相炭微球电池长循环过程中容量衰减机制的影响

【分类】电池损伤分析

【题目】Effect of short-time external short circuiting on the capacity fading mechanism during long-term cycling of LiCoO2/mesocarbon microbeads battery

【作者】Lingling Zhang, Xinqun Cheng, Yulin Ma, Ting Guan, Shun Sun, Yingzhi Cui, Chunyu Du, Pengjian Zuo, Yunzhi Gao, Geping Yin

【单位】Institute of Advanced Chemical Power Sources, School of Chemical Engineering and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China

【下载地址】http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.03.087

【摘要】商用LiCoO2/MCMB电池在短时间内通过不同的外部电阻电阻（0.6 mΩ和5.0 mΩ）进行短路。而后，将该短路电池循环1000次，并通过分析其形貌、结构和电化学性能，研究短时外部短路对LiCoO2 / MCMB电池长期循环过程中容量衰减机理的影响。SEM结果表明，LiCoO2材料的形貌几乎没有改变，只是活性材料颗粒表面变得光滑，并且由于短路引起的高温，MCMB电极表面的固体电解质相（SEI）膜变得不均匀。根据X射线衍射（XRD）的结果，锂离子更难以从阳极脱嵌并且LiCoO2的晶格结构出现劣化。短路引起的高放电电流会损坏电极，在结构上留下空位。电极结构的损坏会导致锂的扩散系数降低，因此极化增加，并且主要由LiCoO2电极引起。短路电池在长期循环中的容量下降主要是由于极化的增加和电极的容量损失引起的。

【关键词】LiCoO2 /MCMB电池；外部短路；长循环；容量衰退机理；极化；锂扩散系数

【推荐理由】这篇文章分析了不同外部短路电阻、短路时间的外部短路对电池在长期循环中的容量衰退机理，在这篇文章中可以学习到与电池损伤相关的实验设计以及材料表征分析方法。

【关键插图】

图1 短路实验后LiCoO2/MCMB电池在1000次0.6C下30%DOD循环下的容量保持率

图2 归一化充放电曲线(a) LiCoO2电极;(b) MCMB电极

图3 短路和短路后循环电池的LiCoO2电极锂扩散系数