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[高分] 学位论文 基于弛豫电压模型的锂离子电池状态估计方法研究
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摘要:动力电池作为纯电动汽车最主要的能量来源,对整车动力性、经济性和安全性具有重大影响。对电池状态进行准确估计是保障电池使用安全、提高使用效率、延长使用寿命、优化系统能量管理策略的基础。然而,现阶段电池状态的在线估计算法往往依托于动态工况下的电压响应,且较为复杂,而离线测量则需要借助外部高精度设备,导致实车在线应用较为困难。 针对以上问题,本文以标称容量2.5Ah的18650三元锂离子电池为研究对象,对弛豫电压特性进行研究,旨在寻求电池状态的有效估计方法。电流卸载后的弛豫电压变化作为电池工作的一个关键过程,可以有效反映电池的状态。首先,本文从电化学机理角度分析了弛豫电压的形成原因,由于影响弛豫电压变化最主要的是电池内部扩散传质过程,因此建立时域下的锂离子电池分数阶模型,对锂离子在电池内部的扩散过程进行描述。其次,通过对电池在不同荷电状态(SOC)、老化状态、温度、工况等条件下的电压释放行为的实验,发现电池在不同条件下的弛豫电压过程有明显区别,由此本文建立弛豫电压模型。实验和仿真结果可知,在大多数SOC下,时间系数随开路时间成线性变化规律。因此弛豫电压模型以开路电压、时间系数变化曲线的斜率α和截距β三个参量作为弛豫电压变化的表征,用数学表达量化复杂的弛豫电压变化过程,实现有效表征电池状态。 最后,本文解耦了各因素对弛豫电压模型参数的影响,分别从SOC、老化、工况和温度的角度进行研究。通过实验分析得知,弛豫电压模型参数与SOC的关系比较复杂,非简单的单调递增或递减。模型参数中的斜率和截距都随老化程度的增加而成增大趋势,且变化规律一致性较好,不随充、放电工况或SOC点的改变而发生变化。对于温度因素,在30%和50%SOC点,随着温度的升高,时间系数的斜率成减小趋势。根据上述结论,本文进一步提出单体电池老化状态的估计模型,基于斜率和截距的联合容量估计平均绝对误差为0.02Ah,平均相对误差为0.92%,内阻估计平均绝对误差为1.31mΩ,模型具有较高精度。 关键词: 锂离子电池分数阶模型弛豫电压时间系数老化状态估计 授予学位: 硕士 学科专业: 车辆工程 导师姓名: 魏学哲 学位年度: 2019 语种: 中文 分类号: TM912.9(独立电源技术(直接发电)) |
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