摘 要

随着科技发展，人们日益提倡节能和环保的理念。于是具有优越性能的锂电池应运而生。作为一种绿色电池，锂电池重量轻、能量密度大、寿命长、污染少。

虽然锂电池具有诸多的优点，但是在使用过程中其性能会逐渐衰退，从而导致容量不断衰减。小则使得设备停止工作，大则可能引发灾难。因此，研究锂电池的剩余容量预测和健康管理，并且及早的准确预测出锂电池的剩余容量和剩余寿命对于发展的安全性、稳定性和经济性具有重大意义。

本文根据锂电池在不同循环次数下的剩余容量，以锂离子电池的剩余容量作为参考量，主要进行以下工作：

1．根据NASA在网站上已经公开的不同循环次数里，锂电池的剩余容量的数据变化情况，对其容量的退化量多少进行分析；

2．研究ARMA模型理论，确定所选ARMA模型并计算出相应的参数；

3．运用MATLAB，对不同类型的锂离子电池进行ARMA模型建模分析，并根据模型画出相应曲线图，根据推算公式进行预测与分析，最后对ARMA模型预测做出相应的评价。

4．经过一系列的计算和图表参照对比后得出实际误差率小于1%，在正常波动范围内，数据与结果说明此项研究在实际生活生产中具有考察价值，可以得到适当运用。

关键词：锂电池；ARMA；剩余容量

The study on remaining capacity prediction model for Lithium-ion battery based on Auto-Regressive and Moving Average Model

ABSTRACT

With the light-speed developing of science and technology,it's advocated by people nowadays to protect environmental and conserving energy.So becomes the new age of Lithium-ion battery with superior advantages.As a green battery.To be compared with traditional battery,it has less pollution,less weight,larger energy density,longer age.

Though the Lithium-ion battery has so many advantages,it still lose it quailty during using,what may cause some problems like shut the machine down or even lead a disaster.As a result it is important to do research on the Lithium-ion battery about its Remaining Capacity and ensure its health.We also can say there is no more important thing to calculate Remaining Capacity accurately.It will improve the safety,stability and economic level of the developing.

This article forecast in view of the lithium battery remaining life that, takes the reference quantity by the capacity degeneration data, mainly has launched following work:

First，Uses the NASA Arms research center public lithium battery data, carries on the analysis to the capacity degeneration;

Secondly,Study the theory of Auto-Regressive and Moving Average Model, at the same time select the order of the model and according to the least squares method principle, calculates the lithium battery function model parameter;

Thirdly，Build the model for different kinds of the batteries by MATLAB, draw the relevant pictures to predict and analyze and evaluate the prediction of Auto-Regressive and Moving Average Model.

Key words: Lithium-ion Battery; Auto regressive Model; Remaining Capacity

目 录

1 绪论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.2 国外研究现状 2

1.3 国内研究现状 3

1.4 锂电池剩余容量预测的发展趋势 4

2 电池容量退化数据分析 5

2.1 B5锂电池的容量退化过程及分析 5

2.2 B6锂电池的容量退化过程及分析 7

2.3 B18锂电池容量退化过程及分析 9

2.4 电动汽车锂电池的实际运转规律 12

3 ARMA模型 15

3.1 模型概述 15

3.2 AR 模型 15

3.3 MA模型 16

3.4 ARMA模型 16

3.5 本章小节 18

4 基于ARMA模型对B5锂电池剩余容量的预测 19

4.1 对B5电池建立ARMA模型并进行预测与分析 19

4.2 自相关函数及偏相关函数的计算 20

4.3 建立B5锂电池的ARMA模型 20

4.4 基于ARMA模型的预测与分析 21

5 基于ARMA模型对B6锂电池剩余容量的预测 23

5.1 对B6电池建立ARMA模型并进行预测与分析 23

5.2 自相关函数及偏相关函数的计算 24

5.3 建立B6锂电池的ARMA模型 24

5.4 基于ARMA模型的预测与分析 25

总 结..........................................................................................................................27

致 谢..........................................................................................................................28

参考文献......................................................................................................................29

1 绪论

1.1 研究目的与意义

汽车产业的快速发展促进了社会经济的发展，给生活带来了极大的便利，但随之而来的汽车的发展也给环境和能源产生了负面的影响。汽车排放的尾气是当代城市中大气污染的重要来源，据相关部门统计，雾霾天气的形成，汽车尾气占了很重要的因素。面对环境和资源的双重压力，节能环保绿色经济成了当今社会发展的主题。

现如今锂电池广泛应用于社会各个领域，例如应用于电子产品，新能源汽车以及航空航天设备上。因为锂电池其具有轻质量、高输出功率、低放电率、大能量密度、较宽工作温度范围、较小污染、更小自放电、长使用寿命等等特性，因此其应用广泛。笔记本电脑、数码相机、平板电脑、手机以及其他手持电子产品都使用锂电池作为其储能部件。现如今，电动汽车上的功能系统也广泛使用锂离子电池。由于能源危机，因此开发新能源汽车成了现在众多汽车厂商和研究机构的重要任务。新能源汽车中的纯电动汽车利用锂电池为车载电源提供动力，并利用电力驱动汽车。纯电动汽车相较于传统汽车不会产生废气，该种汽车非常环保，几乎是零污染，零排放。同时纯电动汽车的能源利用率较好，比传统汽车要高出46%以上^[1]。锂电池也广泛应用于航空航天设备上。它可以为飞机上的航天系统、飞行控制系统、照明系统、各种电子设备、生活设施等重要组成部分提供充足的电能。同时由于锂蓄电池拥有质量轻、电量储备大、寿命长、充电时间短等优势，现在也广泛被应用于航空飞机的应急电源和辅助电源。