车用磷酸铁锂电池建模与状态估计研究
发布时间：2021-04-13 03:57
动力电池系统是电动汽车的核心部件之一。其中的电池管理系统发挥着不可替代的作用,连接着驾驶员与电池组、电池组与整车管理系统。为了安全、合理而有效地利用动力电池组中的能量,需要开发一款优秀的动力电池管理系统。而建立合理的电池机理模型,可以深入认识动力电池特性,有效地提高状态估计的精度和实用性。动力电池的状态估计是电池管理系统其他算法和能量分配策略的依据,是电池管理系统中最核心的技术。动力电池的状态估计包括荷电状态SOC（State of Charge）估计和健康状态SOH（State of Health）估计等,合理而精确的状态估计有利于制定合理的电池使用策略,从而充分利用电池能量,延长动力电池使用寿命。本文以车用磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池为研究对象,对动力电池系统建模和状态估计等关键技术进行了研究,主要研究内容及成果如下:首先,根据电池材料的不同,分析了现有动力电池的性能指标,结合锂离子电池材料的充放电特性,建立了反映锂离子电池额定容量损失的机理模型,并结合模型对造成动力电池额定容量损失的自放电损耗、低温损耗、循环衰减等因素进行了定量分析,并给出了锂离子动力...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
动力电池SOH预测方法归纳图
要为锂离子在正极材料和负极材料之间进行嵌入和脱嵌。为了增加反应面积，正负极材料通常被制作成颗粒形式，涂附在集流体上，通过粘合剂集中在一起，正负极材料通过集流体收集电子并连接外电路。电解液存在于正负极电极颗粒和粘合剂的缝隙之中，在正负极之间传递锂离子。电池正负极通过隔膜隔开，电子不能通过，但是锂离子可以通过，这样电池内部回路即可由锂离子转移实现，电池外部回路由电子转移实现。电池放电时，负极材料中脱嵌出锂离子，锂离子进入电解液，穿越隔膜达到正极，嵌入到正极材料之中。同时，负极材料释放出电子，负极集流体收集电子，经过外电路到达正极集流体，与正极材料中嵌入的锂离子达到电荷平衡。电池的充电过程则是锂离子从正极脱嵌进入负极的过程，不再详细叙述。在正常的充放电反应之外，电池也会产生一些副反应，造成锂离子的损失，在宏观层面上即形成电池容量的衰减[94,95]。
图 2-5 实验用单体 LiFePO4电池规格参数图要性能参数如表 2-3 所示：表 2-3 实验用单体 LiFePO4电池性能参数表定容量 40Ah量密度 150Wh/kg作电压充电截止电压 放电截止电压 充电电流 ≤3C放电电流恒电流 脉冲电流 放电电流 0.3C80%DOD ≥2
【参考文献】：
期刊论文
[1]储能用锂离子电池健康状态预测方法研究[J]. 柳丹,袁晓冬,李强,刘爱华,宋欣民. 电器与能效管理技术. 2017(11)
[2]基于最优能量转移的混合拓扑结构研究[J]. 严刚,张利,景俊峰,刘征宇. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(04)
[3]磷酸铁锂电池倍率容量特性建模及荷电状态估算[J]. 张金龙,佟微,李端凯,漆汉宏,张纯江. 电工技术学报. 2017(07)
[4]优化电池模型的自适应Sigma卡尔曼荷电状态估算[J]. 刘毅,谭国俊,何晓群. 电工技术学报. 2017(02)
[5]基于滑动窗自适应滤波的锂电池SOC/SOH联合估计[J]. 汪秋婷,姜银珠,陆赟豪. 电源技术. 2017(01)
[6]动力电池组均衡控制系统的研究进展[J]. 鲁文凡,吕帅帅,倪红军,汪兴兴,李志扬. 电源技术. 2017(01)
[7]深海动力磷酸铁锂电池组均衡方案设计优化[J]. 吕航,刘承志,尹栋,林鹏峰,贾俊波. 电工技术学报. 2016(19)
[8]锂离子电池组均衡系统[J]. 张春强,冯能莲,王军,王小凤. 山东交通学院学报. 2016(02)
[9]我国电动汽车产业链延伸发展的关键要素分析与对策[J]. 许爱萍. 科技与经济. 2015(02)
[10]解读电动汽车动力电池管理系统产业[J]. 姜久春. 高科技与产业化. 2015(02)
博士论文
[1]车用锂离子电池机理模型与状态估计研究[D]. 韩雪冰.清华大学 2014
[2]新型固态化锂二次电池及相关材料的制备与性能研究[D]. 谭国强.北京理工大学 2014
[3]纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究[D]. 李哲.清华大学 2011
硕士论文
[1]车载磷酸铁锂电池组动态工况下SOC预估算法研究[D]. 王树明.武汉理工大学 2013
[2]纯电动汽车锂动力电池能量状态估算算法研究[D]. 王海峰.吉林大学 2012
[3]磷酸铁锂动力电池组性能测试与分析[D]. 魏五星.武汉理工大学 2010
本文编号：3134571
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
动力电池SOH预测方法归纳图
要为锂离子在正极材料和负极材料之间进行嵌入和脱嵌。为了增加反应面积，正负极材料通常被制作成颗粒形式，涂附在集流体上，通过粘合剂集中在一起，正负极材料通过集流体收集电子并连接外电路。电解液存在于正负极电极颗粒和粘合剂的缝隙之中，在正负极之间传递锂离子。电池正负极通过隔膜隔开，电子不能通过，但是锂离子可以通过，这样电池内部回路即可由锂离子转移实现，电池外部回路由电子转移实现。电池放电时，负极材料中脱嵌出锂离子，锂离子进入电解液，穿越隔膜达到正极，嵌入到正极材料之中。同时，负极材料释放出电子，负极集流体收集电子，经过外电路到达正极集流体，与正极材料中嵌入的锂离子达到电荷平衡。电池的充电过程则是锂离子从正极脱嵌进入负极的过程，不再详细叙述。在正常的充放电反应之外，电池也会产生一些副反应，造成锂离子的损失，在宏观层面上即形成电池容量的衰减[94,95]。
图 2-5 实验用单体 LiFePO4电池规格参数图要性能参数如表 2-3 所示：表 2-3 实验用单体 LiFePO4电池性能参数表定容量 40Ah量密度 150Wh/kg作电压充电截止电压 放电截止电压 充电电流 ≤3C放电电流恒电流 脉冲电流 放电电流 0.3C80%DOD ≥2
【参考文献】：
期刊论文
[1]储能用锂离子电池健康状态预测方法研究[J]. 柳丹,袁晓冬,李强,刘爱华,宋欣民. 电器与能效管理技术. 2017(11)
[2]基于最优能量转移的混合拓扑结构研究[J]. 严刚,张利,景俊峰,刘征宇. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(04)
[3]磷酸铁锂电池倍率容量特性建模及荷电状态估算[J]. 张金龙,佟微,李端凯,漆汉宏,张纯江. 电工技术学报. 2017(07)
[4]优化电池模型的自适应Sigma卡尔曼荷电状态估算[J]. 刘毅,谭国俊,何晓群. 电工技术学报. 2017(02)
[5]基于滑动窗自适应滤波的锂电池SOC/SOH联合估计[J]. 汪秋婷,姜银珠,陆赟豪. 电源技术. 2017(01)
[6]动力电池组均衡控制系统的研究进展[J]. 鲁文凡,吕帅帅,倪红军,汪兴兴,李志扬. 电源技术. 2017(01)
[7]深海动力磷酸铁锂电池组均衡方案设计优化[J]. 吕航,刘承志,尹栋,林鹏峰,贾俊波. 电工技术学报. 2016(19)
[8]锂离子电池组均衡系统[J]. 张春强,冯能莲,王军,王小凤. 山东交通学院学报. 2016(02)
[9]我国电动汽车产业链延伸发展的关键要素分析与对策[J]. 许爱萍. 科技与经济. 2015(02)
[10]解读电动汽车动力电池管理系统产业[J]. 姜久春. 高科技与产业化. 2015(02)
博士论文
[1]车用锂离子电池机理模型与状态估计研究[D]. 韩雪冰.清华大学 2014
[2]新型固态化锂二次电池及相关材料的制备与性能研究[D]. 谭国强.北京理工大学 2014
[3]纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究[D]. 李哲.清华大学 2011
硕士论文
[1]车载磷酸铁锂电池组动态工况下SOC预估算法研究[D]. 王树明.武汉理工大学 2013
[2]纯电动汽车锂动力电池能量状态估算算法研究[D]. 王海峰.吉林大学 2012
[3]磷酸铁锂动力电池组性能测试与分析[D]. 魏五星.武汉理工大学 2010
本文编号：3134571
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