基于EIS的鋰電池阻抗模型研究.pdf

1、目前,雖然二次電池的檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備在精度上較以往有了很大提高,但受設(shè)備成本高、檢測(cè)算法復(fù)雜等因素的限制,在一般的實(shí)際工程中往往還是沿用著比較落后的電池檢測(cè)方法。針對(duì)這種情況,本文以磷酸鐵鋰電池的電化學(xué)阻抗譜(EIS)為基礎(chǔ),重點(diǎn)研究了電池阻抗模型在低頻區(qū)簡(jiǎn)化與建立的問(wèn)題,并對(duì)模型的正確性與應(yīng)用性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證與探討,為實(shí)際工程中電池性能的檢測(cè)提供了一種比較簡(jiǎn)便并具有一定可行性的理論方法。
　　在模型建立方面,本文基于磷酸鐵鋰電池的

2、EIS,通過(guò)多次擬合對(duì)比與修正,建立了三階RC電路作為電池在低頻區(qū)的簡(jiǎn)化阻抗模型。分析發(fā)現(xiàn),在電池正極界面上存在固體電解質(zhì)膜(SEI),其阻抗響應(yīng)在 EIS全頻帶內(nèi)沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái),而在低頻區(qū)模型簡(jiǎn)化后得以體現(xiàn)。深入研究了SEI形成機(jī)理與阻抗特性后,將其對(duì)應(yīng)等效元件加入模型進(jìn)行修正。修正后的模型經(jīng)過(guò)擬合驗(yàn)證,在低頻區(qū)與全頻帶的阻抗響應(yīng)都能與EIS譜圖很好的吻合,說(shuō)明所建模型在阻抗響應(yīng)方面的正確性。
　　根據(jù)所建立的等效模型進(jìn)行了電池放

3、電特性的仿真驗(yàn)證工作。根據(jù)三階RC電路理論,對(duì)電路模型中各參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí),建立了各元件參數(shù)與電池SOC之間的函數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,利用 Simulink仿真平臺(tái)搭建了鋰離子電池的仿真模型,并進(jìn)行了恒流放電和周期脈沖放電兩種工況下的仿真驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種情況下的誤差都主要集中放電開(kāi)始與結(jié)束階段,從誤差數(shù)值來(lái)看,所建立的簡(jiǎn)化模型是能在直流或者低頻下較好的模擬電池的充放電特性。
　　在模型的應(yīng)用性方面,結(jié)合擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)進(jìn)行了

4、對(duì)電池SOC估算的工作。根據(jù)所建模型參數(shù)辨識(shí)關(guān)系建立了系統(tǒng)的狀態(tài)方程、觀測(cè)方程以及估算遞推過(guò)程,然后用Ah法下電流計(jì)算出的SOC值作為理論真實(shí)值,在Matlab中進(jìn)行了周期脈沖放電情況下對(duì)SOC估計(jì)的仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明,對(duì)SOC值的估計(jì)誤差主要集中在放電結(jié)束階段。從總體來(lái)看,所建模型對(duì)SOC的估計(jì)精度能夠滿足一般的工程應(yīng)用要求。
　　以上研究和驗(yàn)證工作表明,在 EIS低頻區(qū)簡(jiǎn)化后的電池阻抗模型能夠較好的模擬電池的動(dòng)態(tài)特性,并且具有