锂电池参数辨识模型的设计与研究锂电池参数辨识模型的设计与研究
电动汽车动力电池内部参数随负载与工况而发生变化,因此建立准确的动力电池模型尤为必要。基于锂电池等
效电路模型并着重考量运行温度与荷电状态对各元件参数的影响,依托充放电法、复合脉冲特性充放电试验并
结合最小二乘法实现模型中各元件参数辨识。通过Simulink平台构建动力电池模型与充放电模型,上述模型通过
安时计量法同时考虑温度影响实现荷电状态的准确估算。结果表明,该锂电池参数辨识模型可准确模拟各种负
载工况下动力电池的运行特性,该设计可应用于动力电池的测试与开发。
0 引言引言
锂离子电池作为电动汽车主流的储能元件,其性能直接影响整车性能表现。电池模型的建立对于电动汽车动力系统的研究
尤为必要。而锂电池作为典型的非线性特性系统,内部系统参数会因负载及工况的变化而改变,外部测量仅能获得电流及端电
压值
[1-2]
。建立更精准的电池模型可实现电池参数预估并获得荷电状态(State Of Charge,SOC)与外部参数的联系,为日后
的动力电池系统的分析优化提供基础。
本文以Thevenin等效电路模型为基础,将温度与SOC对模型元件参数的影响作为分析重点,通过各项试验采集的信号数据
建立查表模型。依托Simulink平台构建电池本体模型与充放电台架模型,利用非线性最小二乘法优化后辨识模型元件参数。上
述模型可模拟出锂电池在各种工况下电流、电压、温度及SOC的实时数据且能较准确地描述电池性能,为日后动力电池的设
计与优化奠定基础,提供思路。
1 锂电池模型及参数辨识锂电池模型及参数辨识
1.1 锂电池等效电路模型锂电池等效电路模型
图1所示的Thevenin等效电路模型非线性特性好,能方便准确模拟电池的动态特性,同时联合安时积分法实现SOC修正的功
能
[3]
,适用于动力电池系统的设计与研究。
其中R
0
为欧姆内阻,C
1
、R
1
为电池的极化电容及极化内阻,E
m
为开路电压,U
OC
为端电压,U
C
(t)为极化内阻两端电压。
1.2 试验测试方法试验测试方法
获得适用性好并且能准确反映电池特性的模型前提是获得准确的模型参数。建立锂电池参数辨识模型需着重考虑运行温度
与荷电状态对模型元件参数的影响。本文通过安时积分法估算锂电池某温度下的荷电状态,并利用HPPC测试通过非线性最小
二乘法实现模型中各元件的参数辨识。通过参数辨识后的电池模型将实现仿真数据与实际数据的最大程度拟合。
动力电池SOC估算选择安时积分法,而此法的弊端是易产生寄生误差。因此,通过多组充放电实验获得各温度下SOC与开
路电压(Open Circuit Voltage,OCV)三者间的关系。图2为各种典型温度下SOC与OCV实测数据构成的三维Surf图
{T,SOC,OCV}。
复合脉冲特性(Hybrid Pulse Power Characteristic,HPPC)测试的原理为施加脉冲电流从而激发电池响应的变化。图3为
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