基于等效电路的锂离子电池老化模型研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:deyiyushiyi
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随着锂离子电池使用数量的增多和应用范围的扩大,其可靠性和经济性逐渐成为制约电池应用的核心问题。研究电池的老化模型可以仿真电池的充放电行为,掌握电池在不同老化工况和老化阶段的健康状态,提高应用的可靠性;同时可以精确预测电池的使用寿命,指导电池及时更换和维护,提高应用的经济性。本课题以电池等效电路模型为基础,采用数据驱动的方式研究模型参数的变化规律,构建锂离子电池的老化模型。  为了增加实验结果的准确度和可靠性,本文提出了一种新的电池一致性筛选标准和方法,从40节样品电池中筛选出一致性较高的12节用于电池的老化实验。通过对影响电池老化因素的详细分析,设计电池寿命实验系统和实验方案。实验方案包括电池在两个温度、三个充放电倍率下的正交循环寿命实验和不同工况下的标准测试实验,获取标准测试实验记录的数据作为电池老化数据集。  为了对电池等效电路模型结构和参数进行优化,详细介绍了等效电路模型原理,分析了常用的十种等效电路模型结构、六种开路电压表达式和九种参数表达式,考虑SOC和运行温度对模型的影响,根据不同温度下DST工况数据进行模型的参数辨识和仿真效果的评估,综合评价模型的准确度、复杂度和鲁棒性,最终选择带有一状态滞后的一阶RC等效电路模型和最优参数表达式。  建立了电池老化模型。根据电池老化数据集和最优等效电路模型,获取电池在不同老化工况、老化阶段的容量和模型参数系数。采用析因分析消除对参数影响不显著的因素,确定模型的影响变量。基于经验公式采用非线性最小二乘法建立了电池的容量模型,基于多元非线性分析建立了等效电路的参数系数模型。容量模型和等效电路的参数系数模型共同构成电池的老化模型。分别根据六种老化工况下的多组DST工况数据进行电池老化模型的误差分析,验证模型的准确性。  将电池老化模型应用于电池管理系统中。采用老化模型对充放电曲线(DST工况和恒流放电工况)和放电截止点(SOC截止点和电压截止点)进行预测,根据误差分析验证预测的准确性。同时采用该模型进行了实验电池的功率输出能力的评估,并且描述了不同老化工况下电池放电功率的衰减。
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