An EV-Scale Demonstration of In-Situ Battery Electrochemical Impedance Spectroscopy and BMS-Limited Pack Performance Analysis

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作者
Zhe Gong,Avram Kachura,Seyed Amir Assadi,Nicholas Cusimano,Joshua Piruzza,James Y. Xu,Olivier Trescases
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (9): 9112-9122 被引量:35
标识
DOI:10.1109/tie.2022.3215833
摘要

State-of-power (SOP) and state-of-charge (SOC) estimation inaccuracy manifests throughout the electric vehicle (EV) battery lifetime due to the nonlinear degradation trajectory that is unique to each use-case. The inaccuracy leads to premature termination of charge and discharge operations, which results in the virtual loss of battery performance. In-situ electrochemical impedance spectroscopy (EIS) has been proposed to provide real-time battery impedance measurements, which can theoretically improve the SOP/SOC estimation accuracy. In this work, an EV-scale in-situ EIS system is demonstrated experimentally, from impedance measurement to equivalent circuit model (ECM) extraction. The pack-level discharge energy versus SOP/SOC estimation errors is also simulated, which quantifies the virtual loss of battery performance. The measured-impedance error tolerance of three common ECM extraction techniques is then examined through a randomized set of simulated EIS tests with injected measurement noise. Finally, in-situ impedance measurement is performed on 20 battery submodules using an electric pickup truck EIS system. The ECM-predicted voltage output is compared against measured driving data. Experimental results indicate approximately 8%–9% improvement in SOP estimation accuracy at 3$^{\circ }$C and 10$^{\circ }$C between the in-situ extracted models and a representative baseline.
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