建立行之有效的健康状态诊断技术和剩余可用寿命预测技术对锂离子电池的高效利用和优化管理具有重要意义。如何利用可快速测量的参数实现锂离子电池健康状态的诊断,并进一步建立高精度寿命预测模型已经成为领域内的研究重点和热点。具体地,可快速测量的参数指的是电池在实际使用过程中所能够直接测量的数据,包括电压、电流、温度和时间等。本文在锂离子电池衰减老化行为研究的基础上,建立了基于可快速测量参数(电压、电流、温度和时间)的锂离子电池健康状态诊断技术,实现了锂离子电池的健康状态诊断,并为锂离子电池剩余寿命预测研究提供了保障。研究了NCM523/石墨锂离子电池在不同循环温度条件下的衰减行为。对全电池进行了拆解,利用SEM、XPS、XRD、Raman和透气率测试等手段对石墨负极、NCM523正极的表面形貌、组分、结构以及隔膜的透气率进行了分析。研究发现,循环温度为25 o C时,石墨负极上生成了较厚的固体电解质界面膜(SEI),并有少量的过渡金属元素沉积,正极无明显正极电解质界面膜(CEI)生成,此时负极SEI膜的生长增厚消耗是电池性能衰减的主要原因;5 o C条件下,石墨负极上生成了大量的锂枝晶,过渡金属元素沉积现象较为严重,且正极有少量CEI膜生成,此时负极锂枝晶的生长是电池性能衰减的主要因素。活性材料剥离脱落和膜状物质的生长加剧了隔膜的闭孔现象,导致电池阻抗增大,性能衰减。从体相结构看,电池正负极材料的结构并无明显变化。研究了温度、倍率和健康状态对锂离子电池充放电曲线演变特征的影响,并进一步对不同健康状态(容量保持率)电池的极化行为进行了研究,基于动力学理论和热力学理论对上述可快速测量参数特征演变的理论依据进行了阐释。基于上述分析提出了基于充放电曲线的锂离子电池新型健康状态指示因子。基于建立的新型健康状态指示因子,对不同规格的锂离子电池在不同充放电制度条件下的健康状态进行了诊断。研究结果表明上述电池健康状态诊断技术具有良好的通用性和有效性。该技术所需要的输入参数是电池在实际工作过程中的电压和时间,不需要额外的性能表征测试,能够实现恒工况浅充放电条件下电池健康状态的诊断,为电池剩余寿命的高精度预测提供了数据支撑,具有良好的工程应用价值。研究了健康状态、温度和荷电状态对锂离子电池交流阻抗特性的影响以及健康状态、温度和倍率对锂离子电池静置电压恢复曲线演变特性的影响。研究表明电池衰减程度越大、温度越低,电池的交流阻抗也越大,而且荷电状态主要影响电池的传荷阻抗。电池的衰减程度会影响电池静置电压恢复曲线的恢复特征。基于上述分析,利用一阶RC等效电路模型推导获得了以静置恢复电压和开路电压(平衡态时的电压)为输入参数的新型健康状态指示因子。为了快速获得锂离子电池在终止充放电后的开路电压值,建立了锂离子电池开路电压快速预测模型。由于输入参数为静置电压恢复数据,因此结合开路电压快速预测技术,可在较短时间内实现动态工况条件下锂离子电池健康状态的快速诊断。研究了动态工况条件下电池在某一倍率时的充放电数据与相应恒定倍率条件电池充放电曲线的分布特性,研究表明当电池健康状态相同时,由动态工况数据中提取得到的某一恒定倍率条件下的充放电数据与恒流工况条件下的充放电曲线几乎是重合的。基于这一结论,对完整的充放电曲线进行了简化提取,获得了容量差-电压差曲线,基于容量差-电压差曲线建立了锂离子电池经验仿真模型和健康状态诊断技术。研究结果表明上述数据简化提取方法和仿真模型能够实现随机动态工况条件下锂离子电池健康状态的诊断。在10 o C温度波动范围内,上述锂离子电池健康状态诊断技术的诊断精度高于96%。