基于等效電路的鋰離子電池老化模型研究.pdf

1、隨著鋰離子電池使用數(shù)量的增多和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其可靠性和經(jīng)濟(jì)性逐漸成為制約電池應(yīng)用的核心問(wèn)題。研究電池的老化模型可以仿真電池的充放電行為，掌握電池在不同老化工況和老化階段的健康狀態(tài)，提高應(yīng)用的可靠性；同時(shí)可以精確預(yù)測(cè)電池的使用壽命，指導(dǎo)電池及時(shí)更換和維護(hù)，提高應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。本課題以電池等效電路模型為基礎(chǔ)，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式研究模型參數(shù)的變化規(guī)律，構(gòu)建鋰離子電池的老化模型。
　　為了增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性，本文提出了一種新的電

2、池一致性篩選標(biāo)準(zhǔn)和方法，從40節(jié)樣品電池中篩選出一致性較高的12節(jié)用于電池的老化實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)影響電池老化因素的詳細(xì)分析，設(shè)計(jì)電池壽命實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案包括電池在兩個(gè)溫度、三個(gè)充放電倍率下的正交循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)和不同工況下的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，獲取標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作為電池老化數(shù)據(jù)集。
　　為了對(duì)電池等效電路模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，詳細(xì)介紹了等效電路模型原理，分析了常用的十種等效電路模型結(jié)構(gòu)、六種開(kāi)路電壓表達(dá)式和九種參數(shù)表達(dá)式，

3、考慮SOC和運(yùn)行溫度對(duì)模型的影響，根據(jù)不同溫度下DST工況數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的參數(shù)辨識(shí)和仿真效果的評(píng)估，綜合評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確度、復(fù)雜度和魯棒性，最終選擇帶有一狀態(tài)滯后的一階RC等效電路模型和最優(yōu)參數(shù)表達(dá)式。
　　建立了電池老化模型。根據(jù)電池老化數(shù)據(jù)集和最優(yōu)等效電路模型，獲取電池在不同老化工況、老化階段的容量和模型參數(shù)系數(shù)。采用析因分析消除對(duì)參數(shù)影響不顯著的因素，確定模型的影響變量。基于經(jīng)驗(yàn)公式采用非線性最小二乘法建立了電池的容量模型，基于

4、多元非線性分析建立了等效電路的參數(shù)系數(shù)模型。容量模型和等效電路的參數(shù)系數(shù)模型共同構(gòu)成電池的老化模型。分別根據(jù)六種老化工況下的多組DST工況數(shù)據(jù)進(jìn)行電池老化模型的誤差分析，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。
　　將電池老化模型應(yīng)用于電池管理系統(tǒng)中。采用老化模型對(duì)充放電曲線(DST工況和恒流放電工況)和放電截止點(diǎn)(SOC截止點(diǎn)和電壓截止點(diǎn))進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)誤差分析驗(yàn)證預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。同時(shí)采用該模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)電池的功率輸出能力的評(píng)估，并且描述了不同老化工況