电动汽车锂离子电池模型仿真与SOH研究

发布时间：2017-04-21 15:11

  本文关键词：电动汽车锂离子电池模型仿真与SOH研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电动汽车以动力电池做为主要动力，电池的性能直接影响着整车的性能，目前对动力电池的研究已经成为各大汽车公司研究的热点。目前动力电池的研究主要包括两部分，第一部分是针对电池的荷电状态（State of Charge，SOC）的研究，第二部分是针对电池寿命（State of Health，SOH），通过对SOC和SOH的实时监测，实时控制来提高动力电池的性能，降低电池的维护成本。 本文以12Ah的锂离子电池为研究对象，主要工作包括以下几方面内容： 首先阐述了研究锂离子电池的重要意义，目前研究电池性能时应用的主要模型和SOH的国内外研究现状，阐述了在不同角度下SOH的定义。 然后阐述了典型的锂离子电池工作的化学原理，通过实验研究锂离子电池的特性。对12Ah的锂离子电池进行实验，标定电池SOC与开路电压，SOC与电池内阻之间的关系。对电池的电气特性进行实验，研究了电池的容量特性，充放电效率特性，并对锂离子电池的容量补偿因子进行计算。分析电池极化现象产生的原因，根据电池内部的化学反应原理阐述电池容量衰减的原因。 基于电池电化学原理建立电池的基本模型，经过数学推导得到常用的Randle模型，电池内部的电子运动主要包括扩散现象和迁移现象，对这两种电子运动现象进行建模，建立起具有2个RC环的等效电路模型。在Simulink环境下搭建电池的等效电路模型，对等效电路模型进行模型参数辨识实验，验证模型的准确性。 对锂离子电池进行循环寿命实验，以得到的寿命实验数据为基础，分析锂离子电池的寿命特性。根据实验数据统计电池寿命随着循环使用次数的变化规律，研究经过多次使用的电池的性能，探究电池的容量，放电效率，能量效率，内阻等参数随电池寿命变化的规律。采用曲线拟合建立电池寿命与电池使用次数的数学模型，并根据这个模型预测电池的SOH。 最后，根据电压曲线拟合法估算锂电池的SOH。首先对电池在不同放电倍率下，不同SOH下的电池充电曲线进行归一化处理，比较经过归一化计算后的充电电压误差。根据已有的实验数据，对12Ah的锂离子电池进行SOH估计算法的验证，验证电压曲线拟合法的估计精度，分析SOH的估算结果。
【关键词】：电动汽车 锂电池 模型建模 SOH
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72;TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题来源及研究意义9
• 1.2 电池模型的研究现状9-12
• 1.2.1 内阻模型9-10
• 1.2.2 等效电路模型10
• 1.2.3 遗传算法模型10
• 1.2.4 神经网络模型10-11
• 1.2.5 电化学模型11-12
• 1.3 SOH 研究现状12-14
• 1.3.1 SOH 的定义12-13
• 1.3.2 SOH 的研究方法13-14
• 1.4 本文研究的主要内容14-15
• 第2章 锂离子电池的特性及容量衰减机理分析15-27
• 2.1 锂离子电池的工作原理15-17
• 2.2 锂离子电池的基本特性17-23
• 2.2.1 锂离子电池的电动势17
• 2.2.2 锂离子电池 SOC 与开路电压的关系17-18
• 2.2.3 锂离子电池 SOC 与内阻的关系18-20
• 2.2.4 锂离子电池的电气特性20-22
• 2.2.5 锂离子电池的极化现象22-23
• 2.3 影响 SOH 的因素及电池失效机理23-26
• 2.3.1 影响 SOH 的因素23-24
• 2.3.2 锂电池失效化学机理分析24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 锂离子电池模型的建立及仿真27-43
• 3.1 电池模型的建立27-38
• 3.2 模型精度仿真分析38-40
• 3.3 本章小结40-43
• 第4章 锂离子电池寿命特性研究43-51
• 4.1 电池实验工况说明43-44
• 4.2 电池寿命实验数据44-46
• 4.2.1 实验对象及设备44-45
• 4.2.2 实验基本数据45-46
• 4.3 实验基本数据作图及分析46-49
• 4.4 锂电池寿命特性建模49
• 4.5 本章小结49-51
• 第5章 基于电压曲线拟合法的 SOH 估计51-59
• 5.1 电压曲线拟合法估算 SOH 的算法51-52
• 5.2 归一化电压曲线精度验证52-55
• 5.2.1 不同 SOH 下的精度验证53-54
• 5.2.2 不同充电倍率下的精度验证54-55
• 5.3 SOH 实验验证55-57
• 5.4 本章小结57-59
• 第6章 总结59-61
• 参考文献61-67
• 作者简介及科研成果67-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 吴峗;蒋新华;解晶莹;;锂离子电池循环寿命快速衰减的原因[J];电池;2009年04期

2 魏学哲;徐玮;沈丹;;锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用[J];电源技术;2009年03期

3 齐占宁,陈全世,赵六奇;基于遗传算法的燃料电池车控制策略优化[J];公路交通科技;2004年04期

4 龙顺游,强锡富;阀控铅酸蓄电池劣化程度预测研究[J];哈尔滨工业大学学报;2003年01期

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6 崔玉峰;杨晴;张林山;王骏;;国内外电动汽车发展现状及充电技术研究[J];云南电力技术;2010年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘云建;锂离子动力电池的制作与性能研究[D];中南大学;2009年

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本文编号：320615