面向控制的车用锂离子动力电池电化学模型修正方法及系统均衡技术研究

发布时间：2021-11-24 19:40

　　锂离子动力电池具有高能量密度、高功率密度等特点,广泛应用于纯电驱动或者混合动力电动汽车。锂离子动力电池作为新能源汽车的能量源,它是由数以千计的单体或者模块电池组成,这对在复杂车载环境下的高效、安全和可靠运行提出了挑战,因此先进的电池管理系统（BMS）十分重要。构建一个准确的适用于控制的锂离子动力电池模型至关重要,较于等效电路模型,电化学模型从机理出发更能反应电池内部状态,但这类传统的伪二维（P2D）电化学模型存在高倍率放电工况下精度降低的问题。据此,本文基于锂离子动力电池的平均电极模型,开展模型关键参数分析、基于变参数模型的SOC估计和均衡系统的策略和设计等工作。首先,在分析了锂离子动力电池结构与工作原理的基础上,利用相关电化学、物理化学理论完整描述了锂离子动力电池内部的反应机理与离子扩散过程,再依据平均电极的思想,建立了平均电极模型。并通过对其中最为复杂,也最为关键的固相锂离子扩散方程的降阶,初步完成了适用于控制领域的电化学模型搭建。但实验表明所建立的平均电极模型仍存在高倍率工况下模型误差增大的问题,无法适用于复杂工况下的锂离子动力电池状态监控,因此需要对模型修正后才能应用于实时控制... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

恒流充电电流与恒压-恒流充电容量比拟合Fig3.3ThefittingofchargingcurrentsandtheRatioofPotentio-chargecapacitytoGalvano-chargecapacity

面向控制的车用锂离子动力电池电化学模型修正方法及系统均衡技术研究3.4 实车数据采集与模型验证为了进一步验证所提出的变参数电化学模型在复杂工况下应用的可行性及模型精度，针对一款微型纯电动汽车及由上述单体电池串并成的电池组，基于NEDC 循环工况采用底盘测功机加载模拟实车道路。图 3.12 为整车动力性测试系统，电池管理系统(BMS)的电压和电流通过整车 OBD 诊断口的 CAN 输出，电池在运行过程中处于连续充放电状态。最初的 SOC 是 100%，最后是 93%。

4.4 均衡系统仿真验证上文所建立的电池模型，为三元锂离子动力电池，最高电压 4.2V，根据所设计的均衡电路，搭建的仿真电路和电池的封装模块如图 4.10 所示，其中车载12V 电源以三节单体电池串联来替代，考虑到实际 MOS 管的 D、S 极之间存在寄生二极管，为了防止电路短路，设计时将同组的两个二极管设计成“背靠背”的形式串联使用。同时为了分析方便而把单体电池的初始电量，单体电池的电压、电流和基于扩展卡尔曼滤波算法估算出的电池 SOC 值封装在电池封装模块中。仿真中将Ba1的初始电量为70%，Ba2的初始电量为80%，Ba3的初始电量为90%，来模拟一致性不同的三节电池，车载 12V 电源以三节初始电量为 100%的电池串联来模拟。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]电动汽车动力电池分阶段主动均衡控制研究[D]. 李德才.重庆交通大学 2017
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本文编号：3516636