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电动汽车锂离子电池模型仿真与SOH研究

刘希闻  
【摘要】:电动汽车以动力电池做为主要动力,电池的性能直接影响着整车的性能,目前对动力电池的研究已经成为各大汽车公司研究的热点。目前动力电池的研究主要包括两部分,第一部分是针对电池的荷电状态(State of Charge,SOC)的研究,第二部分是针对电池寿命(State of Health,SOH),通过对SOC和SOH的实时监测,实时控制来提高动力电池的性能,降低电池的维护成本。 本文以12Ah的锂离子电池为研究对象,主要工作包括以下几方面内容: 首先阐述了研究锂离子电池的重要意义,目前研究电池性能时应用的主要模型和SOH的国内外研究现状,阐述了在不同角度下SOH的定义。 然后阐述了典型的锂离子电池工作的化学原理,通过实验研究锂离子电池的特性。对12Ah的锂离子电池进行实验,标定电池SOC与开路电压,SOC与电池内阻之间的关系。对电池的电气特性进行实验,研究了电池的容量特性,充放电效率特性,并对锂离子电池的容量补偿因子进行计算。分析电池极化现象产生的原因,根据电池内部的化学反应原理阐述电池容量衰减的原因。 基于电池电化学原理建立电池的基本模型,经过数学推导得到常用的Randle模型,电池内部的电子运动主要包括扩散现象和迁移现象,对这两种电子运动现象进行建模,建立起具有2个RC环的等效电路模型。在Simulink环境下搭建电池的等效电路模型,对等效电路模型进行模型参数辨识实验,验证模型的准确性。 对锂离子电池进行循环寿命实验,以得到的寿命实验数据为基础,分析锂离子电池的寿命特性。根据实验数据统计电池寿命随着循环使用次数的变化规律,研究经过多次使用的电池的性能,探究电池的容量,放电效率,能量效率,内阻等参数随电池寿命变化的规律。采用曲线拟合建立电池寿命与电池使用次数的数学模型,并根据这个模型预测电池的SOH。 最后,根据电压曲线拟合法估算锂电池的SOH。首先对电池在不同放电倍率下,不同SOH下的电池充电曲线进行归一化处理,比较经过归一化计算后的充电电压误差。根据已有的实验数据,对12Ah的锂离子电池进行SOH估计算法的验证,验证电压曲线拟合法的估计精度,分析SOH的估算结果。


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