三元动力电池荷电状态在线估算研究

发布时间：2020-04-10 03:51

【摘要】：能源驱动着整个世界发展和经济增长,是人类赖以生存的物质基础。能源危机以及地球环境污染问题时刻提醒人们加快研究探索的脚步。传统的燃油汽车不仅消耗大量化石燃料,而且排放大量的大气污染物,对人体健康和生态环境带来严重的危害。新能源电动汽车是解决这一问题的有效途径,近年来得到迅速发展,锂离子电池作为其核心关键技术成为研究的焦点。电池管理系统通过对锂离子电池的实时监测和状态估算,保证锂离子电池的正常安全使用,其中电池状态包括荷电状态(Stateofcharge,SOC)、功率状态(State of power,SOP)、健康状态 SOH(State of health,SOH)等。荷电状态 SOC的实时精确估算对于维护电池的正常、安全使用至关重要,有助于提升汽车整车的驾驶性能,延长电池的循环寿命。功率状态SOP决定了汽车实时加速性能和能量回馈,对电池性能的充分发挥极为关键。然而,目前SOC的估算方法在某些工作情况下的估算误差增大且对状态初值的依赖比较高,使用恒峰值功率作为功率限制会使得电池不能为汽车提供期望的功率。对于复杂环境条件和复杂工况下,这些问题对锂离子电池的SOC、SOP估算制约情况亟待解决。针对目前锂离子电池状态估算存在的问题,本文采用观测器法结合电池等效电路模型,利用电化学阻抗谱法、脉冲测试法及最小二乘法辨识模型参数,借助MATALB/Simulink仿真分析手段,完成对电池内部状态的重构。并研究了三元锂离子电池荷电状态估算的影响因素,如电流、温度以及荷电状态自身等,获取了电池模型参数随电流、温度以及荷电状态自身的变化规律,建立了模型参数与各影响因素的函数关系。并在不同温度下及不同工况下进行模拟仿真,估算出相应的荷电状态SOC,在不同温度下对计算结果进行验证,与参考荷电状态相比,误差均在±2%以内,且对状态初值依赖要求不高,同时对模型的误差及不确定性具有较好的鲁棒性,实现了三元锂离子电池荷电状态实时在线估算。另外,本文还将观测器方法应用于电池最大允许功率预估,通过在荷电状态估算中已得到的状态量SOC与极化电压的计算值作为初值,利用电池模型实现了最大允许功率值的实时在线预估。
【图文】：

离子电池,工作原理,三元

Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｓｋｅｔｃｈ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ逡逑电池反应：逡逑Ｌｉ＾Ｎｉ＾Ｃｏ＾ｎ＾＋Ｌ＾Ｃ，邋－＞６Ｃ＾Ｌｉｘ＿ｍＮｉ，＿ｘ＿ｙＣｏｘＭｎｙ０２逡逑６Ｃ＾Ｌｉ，＿ｍＮｉｘ＿ｘ＿ｙＣｏｘＭｎｙ０２邋Ｌｉ，，＿ｍＮｉ＾ｘ＿ｙＣ0ｘＭｎｙ0７邋＋＾（？Ｑ逡逑１．２．２三元锂商子电池的优点逡逑表１．１将三元电池与ＵＦｅＰ０４和ＬｉＣｏ０２＆特性进行比较，可以看出三元锂逡逑离子电池在能量密度高、电压平台、循环性能、安全性能、价格等方面均具有一逡逑定优势［６］。提升续航里程对于电动汽车至关重要，由于三元材料电池相对于传统逡逑的锂电池密度和续航能力都有较大改进，高能量密度的三元材料电池目前很受逡逑欢迎，三元材料电池正被业内普遍认为将成为未来市场主流。逡逑三元锂离子电池具有以下突出优点：逡逑１）比能量较高：三元锂离子电池的能量与质量之比可达５８０Ｗｈ／ｋｇ。逡逑

能谱图,电池正极材料,能谱图,电池负极材料

ＮｉＫ逦３０．２５逦３０．７１逦４０６．４１逦３．３８逦０．３１０５逦１．０３６４逦１．０００３逦０．９５０８逦１．０４１４逡逑２．２．３形貌表征逡逑电池负极材料的形貌如图２．５所示，呈现为尺寸不均的片状颗粒，紧密排列。逡逑结合ＥＤＳ及ＸＲＤ分析
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.7

【参考文献】