基于電化學(xué)機(jī)理的車用鋰電池電氣建模與參數(shù)辨識.pdf

1、鋰離子電池是電動汽車最常用的動力電池種類，它具有高能量密度和高功率密度，可以充分保證車輛行駛過程中的續(xù)航里程和安全性能。對電池性能的研究包括模型的建立和模型參數(shù)的獲得，如今使用最多的建模方法包括等效電路模型和電化學(xué)模型。等效電路模型是基于電池內(nèi)部反應(yīng)的電路模型，由電阻、電容的特性類比電池內(nèi)部擴(kuò)散、極化等現(xiàn)象帶來的變化，參數(shù)通過最小二乘法及其改進(jìn)算法進(jìn)行辨識。電化學(xué)機(jī)理模型基于偽二維模型提出的偏微分方程，通過對偏微分方程的推導(dǎo)、求解獲得電

2、池端電壓特性表達(dá)式。等效電路模型結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)數(shù)量少，但時變性差、在復(fù)雜道路行駛工況下的特性估測不準(zhǔn)確；電化學(xué)模型充分考慮電池微觀機(jī)理結(jié)構(gòu)、精確性能好，但電化學(xué)參數(shù)眾多、辨識困難。分別使用這兩種建模方法無法同時滿足降低計(jì)算復(fù)雜度和提高估測精度的要求。
　　本文綜合考慮等效電路模型和電化學(xué)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種通過電化學(xué)機(jī)理參數(shù)辨識等效電路電氣參數(shù)的新方法，這種辨識方法提高了等效電路模型預(yù)測電池特性的精度，也可提高電池荷電狀態(tài)（S

3、OC）的估算精度。本文在以下幾方面的工作中取得了進(jìn)展。
　　對電池微觀粒子變化情況進(jìn)行分析，獲得表征電池特性參數(shù)關(guān)系的偽二維模型，通過對基本偏微分方程的處理，得到電池端電壓由正負(fù)電極開路電壓、正負(fù)極過電勢、電解液電勢和內(nèi)阻壓降幾部分組成，經(jīng)過拉普拉斯變換、帕德逼近、拉普拉斯反變換、積分變換等數(shù)學(xué)方法，最終獲得端電壓傳遞函數(shù)形式的統(tǒng)一化表達(dá)式。
　　根據(jù)精度和計(jì)算時間的要求，對宏觀描述電池擴(kuò)散、極化等現(xiàn)象的等效電路模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)

4、行確定，電氣參數(shù)通過離線和在線不同的方法進(jìn)行辨識。等效電路模型的精度由模型參數(shù)的辨識精度決定，模型的階數(shù)越高、精度則越高，同時計(jì)算過程越復(fù)雜。
　　綜合等效電路模型和電化學(xué)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，將其進(jìn)行結(jié)合，通過建立電化學(xué)參數(shù)和等效電路電氣參數(shù)的數(shù)量關(guān)系，對電氣參數(shù)進(jìn)行更精確的辨識，這更有利于對荷電狀態(tài)（SOC）估算的精度提高。
　　最后，通過建立Simulink仿真模型，與COMSOL機(jī)理模型庫中的仿真數(shù)據(jù)、電池實(shí)測數(shù)據(jù)的對比，以