锂电池交流小信号建模与应用

发布时间：2017-05-03 23:07

  本文关键词：锂电池交流小信号建模与应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂电池自问世以来,因其特有的比能量高、无污染等优点,逐渐取代其他类型电池,被人们所青睐。新能源产业的蓬勃发展,更是促进了锂电池在储能系统与动力系统方面的应用。如何高效安全的管理电池,成为了人们不可回避的问题,而锂电池特有的非线性,更为电池系统的管理增大了难度。电池模型因其可以很好的表征电池的特性,被认为是电池应用、管理的基础。锂电池的模型有很多种,通常不同的模型适用于不同类别的电池系统。传统的建模方法,通常是先根据以往经验,选定电池模型类别,再根据HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization)实验等对模型参数进行识别。此种方法,不但要事先选择好适用于本电池的等效模型,更需要准确的确定加载瞬间电池的电压值等,这些都为参数识别增加了一定的困难。针对于此,本文采用了电化学分析中常用的交流阻抗谱法EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy)用于电池交流小信号模型的构建。此种方法是在待测电池系统两侧施加一个小振幅的交流扰动信号,然后根据其系统响应的阻抗频谱图,进行分析与建模。在模型参数识别方面,本文采用控制领域常用的Levy法对电池模型进行参数识别。Levy法是在最小二乘法的基础上,对于误差准则进行加权,从而将误差准则由一个非线性极小化问题转变成一个线性极小化问题。通过对电池小信号模型各个参数的拟合分析发现,电池在荷电状态变化时,其交流小信号模型参数基本不变的结论。在模型应用方面,本文利用电池交流小信号模型及其参数,对电池充电装置的补偿器进行了参数设计,用以确保该装置具有更好的稳定性及动态特性。经实验验证,由此设计的控制系统具有更好的可靠性。
【关键词】：锂电池 电化学阻抗谱法 等效电路模型 Levy法参数识别
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 研究背景与意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 电化学发展及现状10-11
• 1.2.2 锂电池阻抗研究现状11-12
• 1.3 内容安排12-13
• 第二章 锂电池特性研究13-25
• 2.1 锂电池的工作原理13-14
• 2.2 表征锂电池的性能参数14-16
• 2.3 锂电池常用模型16-21
• 2.3.1 电化学模型16
• 2.3.2 数学模型16-17
• 2.3.3 等效电路模型17-21
• 2.4 锂电池内阻的检测方法21-22
• 2.4.1 直流法电池内阻检测21
• 2.4.2 交流法电池内阻检测21-22
• 2.5 锂电池充电方式22-25
• 第三章 EIS与等效阻抗模型理论25-38
• 3.1 传输函数25-26
• 3.2 阻抗的基本条件26-27
• 3.3 等效元件27-28
• 3.3.1 等效电阻R27-28
• 3.3.2 等效电容C28
• 3.3.3 等效电感L28
• 3.4 复合元件及其电化学阻抗谱28-36
• 3.4.1 电阻R与电容C串联而成的复合元件29-31
• 3.4.2 电阻R与电容C并联而成的复合元件31-33
• 3.4.3 电阻R与电感L串联而成的复合元件33-34
• 3.4.4 电阻R与电感L并联而成的复合元件34-36
• 3.5 锂电池基于电子运动理论的初步建模36-38
• 第四章 基于Levy法的电池模型参数识别38-57
• 4.1 电化学阻抗谱实验38-41
• 4.1.1 EIS实验设计38-40
• 4.1.2 电化学阻抗谱实验及结果40-41
• 4.2 基于电化学阻抗谱建模41-43
• 4.3 基于Levy法的参数识别43-48
• 4.3.1 Levy法原理43-46
• 4.3.2 参数识别结果及验证46-48
• 4.4 模型参数分析48-57
• 4.4.1 不同荷电状态下的模型参数分析48-50
• 4.4.2 不同放电倍率下的模型参数分析50-57
• 第五章 锂电池交流小信号模型的应用57-68
• 5.1 电池充电装置的小信号建模57-62
• 5.2 补偿器的设计62-65
• 5.3 仿真与实验结果65-68
• 5.3.1 电池充电装置仿真65-67
• 5.3.2 电池充电装置实验67-68
• 第六章 结论与展望68-69
• 参考文献69-71
• 在学期间的研究成果71-72
• 致谢72

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