電動汽車鋰電池建模仿真

鄭博升 申彩英

摘 要：文章列舉了幾種常見的鋰電池等效模型 并選取戴維南模型進(jìn)行參數(shù)辨識與建模仿真：對實驗所選鋰電池進(jìn)行HPPC脈沖充放電實驗 把試驗得到的電壓、電流等數(shù)據(jù)在Matlab中進(jìn)行參數(shù)擬合得到電池的等效電阻和等效電容等參數(shù) 最后在Simulink中搭建等效電池模型進(jìn)行充放電仿真并驗證模型的精確性 模型運行的結(jié)果證明模型的最大誤差小于5% 平均誤差小于1%。

關(guān)鍵詞：鋰電池;參數(shù)辨識;建模仿真

中圖分類號：U463.63+3? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-12-02

Abstract： This paper enumerates several common equivalent models of lithium battery， and chooses Thevienen model to carry on parameter identification and Modeling simulation： carries on the HPPC pulse charge and discharge experiment to the Lithium Battery selected in the experiment， the parameters of the equivalent resistance and the equivalent capacitance of the battery are obtained by fitting the voltage and current data of the test in Matlab. Finally， the model of the equivalent battery is built in Simulink to simulate the charging and discharging， and the accuracy of the model is verified， the results show that the maximum error of the model is less than 5% and the average error is less than 1%.

Keywords： Lithium battery; Parameter identification; Modeling and simulation

CLC NO.： U463.63+3? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-12-02

引言

近年來隨著純電動汽車在國內(nèi)外市場的飛速發(fā)展 電動車用鋰電池逐漸成為學(xué)術(shù)界重點研究對象 由于電池是一個黑箱系統(tǒng) 所以精確地建立等效模型 表征電池特性成為電動汽車BMS系統(tǒng)中的重要部分。

1 常見的鋰電池等效模型及模型的選取

1.1 Rint

由理想電壓源與電阻串聯(lián)組成 該模型參數(shù)計算少、建模簡單 通用性較高。缺點是模型精度低 無充放電電壓回彈。

1.2 戴維南

由一個理想電壓源、一個內(nèi)阻、一對并聯(lián)的極化電阻容之間串聯(lián)組成?？紤]了電池極化反應(yīng) 該模型可模擬電池的充放電時端電壓變化的動態(tài)過程。

1.3 PNGV

比戴維南模型多了個電池電容 表征負(fù)載電流引起的開路電壓變化。能夠較好表征動態(tài)特性。本文選用的模型為二階戴維南模型 如圖1。

UOC是開路電壓 R0是等效內(nèi)阻 UP1、 UP2 為電池電化學(xué)極化電壓與濃差極化電壓 RP1、CP1和CP2、RP2分別為電化學(xué)極化阻容和濃差極化阻容 其端電壓表達(dá)式與狀態(tài)方程和離散化狀態(tài)方程為公式（1）、（2）。其中τ1、τ2表示兩個阻容環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。

2 參數(shù)辨識

等效電路中的RC參數(shù)不能直接測量 但可以通過對充放電曲線擬合得到。針對二階模型 需要辨識UOC、R0、R1 、R2 、τ1、τ2。實驗選用衡遠(yuǎn)新能源公司FLNCM-20鋰電池 額定容量19Ah 充放電截止電壓4.2V和2.8V。先將電池充滿并靜置12小時 取9個DOD（放電深度 即SOC = 0.1…0.9） 取的每一個點都進(jìn)行HPPC試驗：（1）進(jìn)行電流1C的10s充電;（2）擱置40s;（3）進(jìn)行10s電流0.75C的放電;（4）重復(fù)（1）～（3）步驟 至最后一個DOD。HPPC測試的電壓、電流變化如圖2所示：

取每一DOD所得到的端電壓曲線 如圖2所示 t1～t2、t2～t3、t3～t4分別為充電、靜置、放電。t1時刻電池RC環(huán)節(jié)由于已經(jīng)過長期靜置 故UP1電壓為0 故U1～U2的變化只與內(nèi)阻R0有關(guān) 則該DOD內(nèi)阻R0為公式（3）;t4之后

RC環(huán)節(jié)零輸入 端電壓表達(dá)式為公式（4） 將其與（4）擬合 得到時間常數(shù)τ1、τ2;t3～t4內(nèi)RC環(huán)節(jié)零狀態(tài) 端電壓表達(dá)式為（5） 將其與（5）擬合 得到R1和R2。最終得到各項參數(shù)如表1所示。

3 建模仿真

根據(jù)表1參數(shù) 在SIMULINK中搭建等效模型 進(jìn)行HPPC測試得到的端電壓與實際HPPC測試的實驗電壓進(jìn)行對比 電壓對比曲線、誤差率如圖3。等效模型仿真端電壓最大誤差小于5% 大部分過程小于0.7%。

4 結(jié)語

本文對鋰電池進(jìn)行HPPC測試 選取二階戴維南模型對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)辨識 在Simulink中搭建仿真模型 對仿真模型進(jìn)行相同工況HPPC測試 結(jié)果證明最大誤差小于5% 平均誤差小于1%。

參考文獻(xiàn)

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