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锂离子电池的同步模型选择和参数估计：顺序MINLP求解方法

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锂离子电池的同步模型选择和参数估计：顺序MINLP求解方法

2015年9月3日

          近日，课题组文章《Simultaneous model selection and parameter estimation for lithium-ion batteries: A sequential MINLP solution approach》在期刊《AIChE Journal》上发表。

          等效电路模型（ECM）是一种广泛应用于锂离子电池（LIB）荷电状态（SOC）估算与健康状态（SOH）监测的实用建模工具。然而，传统ECM中电路参数与SOC的函数关系通常基于经验确定，缺乏系统性与最优性，难以保证模型在精度与复杂度之间的合理平衡。为解决这一问题，本文提出了一种用于函数形式选择与参数估计的系统化求解框架。该框架通过建立双目标混合整数非线性规划（MINLP）模型，同时考虑模型精度与复杂度两个优化目标。针对该模型，设计了两种互补的求解策略：显式法（将模型复杂度作为约束处理）与隐式法（将复杂度以惩罚形式融入目标函数）。两种方法均采用基于理想解与对偶理想解的判据确定最优函数形式，实现了对模型性能的动态权衡。通过对商业化锂离子电池的脉冲放电测试与混合脉冲功率特性（HPPC）测试进行验证，结果显示所提方法能够在保证预测精度的同时，自动生成结构最简、性能最优的ECM模型。本研究为锂离子电池模型构建提供了一种可自动化、可扩展的优化建模思路，为未来电池的在线状态估计与全寿命管理奠定了重要的理论与方法基础。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ie5044049

 

基于多项式的超级电容器电荷再分配主导自放电过程等效电路模型的系统评价

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基于多项式的超级电容器电荷再分配主导自放电过程等效电路模型的系统评价

2016年1月30日

          近日，课题组文章《A systematical evaluation of polynomial based equivalent circuit model for charge redistribution dominated self-discharge process in supercapacitors》在期刊《Journal  of Power Sources》上发表。

         准确刻画以电荷再分布为主导的自放电过程，对于超级电容器的功率管理系统具有重要意义。尽管等效电路模型（Equivalent Circuit Models, ECMs）被广泛用于描述自放电过程中的非线性特性，但传统方法通常在不同初始电压下分别建立模型，这种分离建模方式在预测其他未测试初始电压时往往表现欠佳。本文提出了一种包含泄漏电阻的三支路等效电路模型，用于表征超级电容器中由电荷再分布主导的非线性自放电动态行为。模型中各电路参数被显式地表示为初始电压的函数，并系统评估了不同阶数的多项式函数在拟合精度与预测性能方面的表现。通过对一只额定电容为3000 F的商用超级电容器在不同初始电压与温度条件下的实验研究，揭示了初始电压与温度对电荷再分布主导自放电过程的影响。建模结果表明，五阶多项式函数已足以准确刻画初始电压对该非线性自放电过程的影响，并在预测精度方面达到最优。同时，基于多项式函数的ECM相比插值建模的ECM在预测性能上表现显著更优，进一步验证了所提模型的有效性与稳健性。本研究为超级电容器自放电机理建模提供了一种高精度、可扩展的参数化建模方法，为能量存储系统的高效管理与寿命预测奠定了坚实的理论与工程基础。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775315305000#ack0010

计及单调性的锂离子电池多项式开路电压模型构建：半无限规划公式化方法

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计及单调性的锂离子电池多项式开路电压模型构建：
半无限规划公式化方法

2015年3月5日

          近日，课题组文章《Embedding Monotonicity in the Construction of Polynomial Open-Circuit Voltage Model for Lithium-Ion Batteries: A Semi-infinite Programming Formulation Approach》在期刊《Industrial & Engineering Chemistry Research》上发表。

         开路电压（Open-Circuit Voltage, OCV）的精确建模在锂离子电池（Lithium-ion Battery, LIB）的荷电状态（State of Charge, SOC）估算与健康状态（State of Health, SOH）监测中具有关键作用。若OCV模型存在单调性违背，将导致SOC估算不准确，并削弱基于增量容量分析（Incremental Capacity Analysis, ICA）的SOH诊断效果。为此，本文提出了一种基于非线性半无限规划（Nonlinear Semi-Infinite Programming, NSIP）的OCV建模与参数估计方法。通过引入OCV关于SOC的一阶导数约束，从理论上保证模型的单调性要求，并构建相应的NSIP优化模型以实现参数求解。为高效求得全局最优解，本文采用了基于右端约束限制的全局优化算法，在保证优化精度的同时显著提升了计算效率。通过OCV拟合与ICA分析结果对所提方法进行验证，结果表明，所建立的NSIP多项式模型在预测性能与单调性保持方面均优于传统多项式模型与S型模型。此外，该方法在SOC估算与SOH监测中的表现更为稳定与精确，充分体现了嵌入导数约束的建模优势。本研究提出的NSIP建模框架不仅为锂离子电池OCV特性建模提供了一种可自动保持物理约束的优化思路，也为其他需嵌入导数约束的复杂过程建模问题提供了具有普适性的理论与方法参考。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ie5044049

锂离子电池健康状态估计：一种多尺度高斯过程回归建模方法

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锂离子电池健康状态估计：一种多尺度高斯过程回归建模方法

2015年2月19日

          近日，课题组文章《State of health estimation of lithium-ion batteries: A multiscale Gaussian process regression modeling approach》在期刊《AICHE Journal》上发表。

          锂离子电池的健康状态（State of Health, SOH）精确估计在荷电状态（State of Charge, SOC）估计与剩余使用寿命（Remaining Useful Life, RUL）预测中均起着至关重要的作用。其中，SOC估计通常依赖于短期（一步预测）SOH结果，而RUL预测则要求具备长期SOH预测能力。为此，本文提出了一种系统化的多尺度高斯过程回归（Gaussian Process Regression, GPR）建模方法，用于实现高精度SOH估计。该方法首先采用小波分析对SOH时间序列进行分解，有效分离出全局退化趋势、局部再生特性及随机波动成分。随后，利用包含时间索引的GPR模型对全局退化趋势进行拟合，并基于滞后向量输入的GPR模型递归预测局部再生与短期波动，实现对SOH演化过程的多尺度建模与动态追踪。本文通过锂离子电池退化实验数据对所提方法进行了验证，并分别评估了一步预测与多步预测性能。结果表明，所提出的多尺度GPR方法在预测精度与稳定性方面显著优于未进行趋势分解的传统GPR模型。本研究提出的多尺度GPR建模框架，不仅为锂离子电池的RUL预测与SOC估算提供了高精度、可扩展的智能建模工具，也为复杂时序数据的健康管理与退化过程建模提供了一种具有普适性和前瞻性的研究范式。

原文链接：https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aic.14760

 

贺益君教授担任国家重点研发计划项目负责人，项目启动会暨实施方案论证会顺利召开

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贺益君教授主持的国家重点研发计划“风电/光伏制氢与化工过程高效耦合技术研究及示范”项目启动会暨实施方案论证会顺利召开

2025年5月20日

        2025年5月16日，由上海交通大学贺益君教授担任项目负责人、中国化学工程第七建设有限公司（简称“七化建”）牵头的国家重点研发计划“氢能技术”重点专项“风电/光伏制氢与化工过程高效耦合技术研究及示范”（2024YFB4006400）项目启动会暨实施方案论证会在四川成都顺利召开。

        该项目由七化建牵头，联合了上海交通大学、中国科学院上海高等研究院、浙江大学、上海岚泽能源科技有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司、中国石油工程建设公司、华东理工大学、南京工业大学、中石油华东设计院有限公司共同参与。该项目面向国家对碳减排与可持续航煤的重大需求，围绕风电/光伏制氢与低值碳源/二氧化碳制航煤化工过程高效耦合核心目标，开展风电/光伏制氢与多路径制航煤耦合系统集成与工业示范应用，旨在破解风光波动与航煤稳定生产匹配难度大、制氢装置性能差、航煤馏分调控难等问题，为面向可再生能源利用的可持续航煤生产提供成套技术解决方案。

         本次会议由七化建主办，上海交通大学协办。中国石油大学（北京）徐春明院士、中南林业科技大学尹双凤教授（专家组组长）、中国科学院长春应化所张新波研究员（责任专家）、怀柔实验室邓占锋教高（责任专家）、四川大学唐盛伟教授、中国化学华陆公司贺鑫平教高、民航二所杨智渊研究员作为项目咨询专家莅临本次会议。四川省科学技术厅基础处杨佼佼处长出席本次会议。项目牵头单位与各参与单位研究骨干共计40余人参加会议。

         七化建副总经理吴新君代表项目牵头单位致欢迎辞，向出席本次会议的各位领导和专家表示热烈的欢迎，并介绍了公司在国家“双碳”目标引领下的绿色、低碳发展总体战略布局。吴新君表示，作为项目的牵头单位，七化建将切实做好“资源协调员”、“攻坚排头兵”和“青年孵化器”，与项目参与单位一道，共同攻克风电/光伏制氢与化工过程耦合的关键技术难题。

         随后，项目咨询专家组组长尹双凤教授主持实施方案论证。项目负责人贺益君教授围绕项目背景与研究目标、研究内容与技术路线、预期成果与考核指标、项目组织与任务分工、进度安排与里程碑节点、组织管理与风险管控、工作进展与下一步计划等方面详细介绍了项目实施方案。

         上海交通大学贺益君、七化建郑志远、中国科学院上海高等研究院王浩、浙江大学聂磊、上海岚泽能源科技有限公司郑云华分别代表课题一至课题五介绍了课题实施方案。

         项目咨询专家组听取了项目组汇报，并对项目实施方案进行质询。徐春明院士对项目立项表示了祝贺，肯定了项目立项对促进我国可持续航煤产业发展的重要意义，并在实施方案完善、示范推进等方面对项目开展提出了建设性意见。

         尹双凤教授、张新波研究员、邓占锋教高、唐盛伟教授、贺鑫平教高、杨智渊研究员也从项目管理、技术路线、路径分析、工程落地等多方面对项目开展提出了指导性意见。

         经项目咨询专家组审议，该项目实施方案创新性突出、研究内容清晰合理、考核指标量化明确，一致同意通过实施方案论证。专家组认为：实施方案完整规范、要素齐全，研究内容和考核指标覆盖指南要求，技术路线具体可行、任务分解与年度计划科学合理，组织实施管理制度健全。

         七化建副总经理吴新君、上海交通大学化学化工学院副院长潘云翔，代表项目参与单位科研管理部门进行了表态发言，承诺将全力支持项目顺利实施，做好全过程管理，为重大成果产出提供全方位服务保障。

         本次项目启动会暨实施方案论证会的顺利召开，使项目组对实施方案中的关键技术问题、重点技术路线及解决措施有了更深入的认识，同时也为项目推进提供了兼具前瞻性和可操作性的指导意见。项目组将着力构建涵盖“基础研究-装备研发-工程设计-工程建设”的全链条技术体系，形成可复制推广的耦合系统集成与工程运行方案，为可持续航煤生产提供自主可控的技术支撑。

*内容转载于“风光制氢与化工过程耦合国重项目”微信公众号

冯一峰同学顺利通过博士学位论文答辩​

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冯一峰同学顺利通过博士学位论文答辩

2025年3月15日

  • 博士论文题目：硅碳负极电池建模与自适应充电优化方法研究
  • 答辩人：冯一峰
  • 指导教师：贺益君 教授
  • 答辩委员会：刘永忠（西安交通大学，教授，主席），原鲜霞（上海交通大学，研究员，委员），颜学峰（华东理工大学，教授，委员），袁志宏（清华大学，研究员，委员），李林森（上海交通大学，研究员，委员），董潇健（上海交通大学，助理研究员，秘书）
  • 答辩时间：2025年3月15日
  • 答辩地点：化学化工学院霞光楼220会议室

国家重点研发计划项目 《风电/光伏制氢与多路径制航煤耦合系统集成与工业示范》获批立项

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国家重点研发计划项目
《风电/光伏制氢与化工过程高效耦合技术研究与示范》获批立项

2025年2月26日

         近日，国家科技部发布国家重点研发计划“氢能技术”重点专项2024年度项目立项结果，“风电/光伏制氢与化工过程高效耦合技术研究与示范”项目获批立项，贺益君教授担任首席科学家。该项目联合中国化学工程第七建设有限公司、中国科学院上海高等研究院、上海交通大学、浙江大学、中车株洲电力机车研究所有限公司、中国石油工程建设有限公司、华东理工大学、南京工业大学、中石油华东设计院有限公司等多家顶尖科研机构和企业，打造“技术研发-工程转化-产业落地”全链条创新模式，开展技术攻关。