基于充放电特性的锂离子电池分选方法的研究

【摘要】由于环境污染的加剧及石油等不可再生资源的日益短缺，以电池为动力源的新能源汽车尤其是电动汽车将会越来越普及。为了产生电动汽车所需求的高功率和高容量，电池需要进行组合之后再使用。而进行组合的多个电池的性能参数即使再接近，它们之间也还是会存在着一些差别，这种差别在其循环使用的过程中将逐渐增大，最终将会导致电池组的失效。因此，将性能相近的电池分选出来，从而组合成性能最佳的电池组是十分必要的。这样不仅可以提高电池组的总体性能，而且可以降低材料的浪费，甚至可以减轻环境污染。尽管单一参数分选法、多个参数分选法、充放电曲线分选法及上述分选方法的结合使用在目前应用的都比较多，但单一参数分选法由于分选依据单一，其缺陷较多，不适用于电动汽车上电池的分选；多个参数分选法因所提取的特征项比单一参数分选法增多，其分选优势很明显，但因为没有考虑电池工作过程中的参数变化，因而具有一定的缺陷，不能将电池间的本质区别呈现出来；单毅提出的充放电曲线分选法在每次的分选中均需考虑所有分选指标，而且没有实现自动分选，其计算量较大，比较费时；多个参数分选和充放电曲线分选两种分选方法的结合使用也可反映电池的动态特性，但充放电曲线即可把表征电池的其他参数体现出来，再结合多个参数分选方法则多此一举。因此，本论文在现有电池分选方法的基础上，提出了一种基于充放电特性的电池模糊分选方法。本论文以锂离子电池为研究对象，通过对锂离子电池的特性进行研究，得出：对电池通入不同电流时，开路电压Voc、欧姆内阻R、极化内阻Rs和Rl、极化电容Cs和Cl随电池荷电状态SOC的变化曲线大体一致，可忽略其影响，直接将开路电压、欧姆内阻、极化内阻和、极化电容和表示成电池荷电状态的函数。然后利用综合优化软件包1st0pt中的麦夸特算法拟合出开路电压、欧姆内阻、极化内阻和、极化电容和与的函数关系式，从而搭建以为纽带的单体电池等效电路模型，该模型可以将电池的动态特性准确的模拟出来。利用MATLAB/Simulink软件建立了该等效模型的仿真模型。最后，根据所建立的单体电池等效电路模型及其仿真模型，建立了电池组的等效电路模型和仿真模型。本论文分别提取每节待分选电池的开路电压、欧姆内阻、极化内阻和、极化电容Cs、Cl和荷电状态SOC的数据，然后利用综合优化软件包1st0pt中的麦夸特算法分别对每节电池的开路电压Voc、欧姆内阻R、极化内阻Rs和Rl、极化电容和与荷电状态的关系进行拟合，从而得到参数各异的电池，然后利用所搭建的单体电池等效模型的仿真模型得出待分选电池的理论充放电曲线，为电池分选提供对象特征。基于充放电特性的电池分选问题属于模式分选问题，即模式分类问题。电池分选的模式分类步骤是：首先提取单体电池的特征，然后对特征空间进行线性或非线性划分，从而实现电池的分类。因此，本论文通过对电池充放电曲线的电压值进行模糊特征化，得到待分选电池充放电曲线的模糊集合，然后，在此集合的基础上，基于电池充放电曲线相似度的度量方法，按照所归结的模糊分选步骤，在MATLAB中编程实现对待分选电池的自动分类。本论文利用所建立的电池组仿真模型对电池分选效果进行了评价。研究结果表明：当将利用基于充放电特性的电池分选方法所分选出来的电池组合起来使用时，随着组成电池组的单体电池间的相似程度的提高，电池组的工作稳定性和可靠性也相应的得到了提高，而且工作在最佳状态的电池数量也相应的增多。
【作者】苑风云；
【导师】张立斌；
【作者基本信息】吉林大学，载运工具运用工程，2014，硕士
【关键词】等效电路模型；理论充放电曲线；模糊特征化；模糊分选；

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