电动汽车锂离子电池模型仿真与SOH研究

【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（StateofCharge，SOC）的研究，第二部分是针对电池寿命（StateofHealth，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。
【作者】刘希闻；
【导师】马彦；
【作者基本信息】吉林大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】电动汽车；锂电池；模型建模；SOH；

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