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锂离子电池特性建模与SOC估算算法的研究
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更新于2023-05-22
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锂离子电池管理系统设计及荷电状态(SOC)估算依赖于电池等效电路模型的建立,在几种常见的动力锂离子电池等效电路模型分析与比较的基础上,通过对动力锂离子电池进行多种特性实验,分析了锂离子电池的动态特性,提出了二阶RC等效电路模型,并验证了模型的准确性。在电路模型基础上运用扩展卡尔曼滤波算法搭建了MATLAB/Siumlink平台上的仿真模型,通过仿真和实验结果的对比,验证该模型具有较高的估算精度,可用于锂离子电池SOC的实时估算。
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锂离子电池特性建模与锂离子电池特性建模与SOC估算算法的研究估算算法的研究
锂离子电池管理系统设计及荷电状态(SOC)估算依赖于电池等效电路模型的建立,在几种常见的动力锂离子
电池等效电路模型分析与比较的基础上,通过对动力锂离子电池进行多种特性实验,分析了锂离子电池的动态
特性,提出了二阶RC等效电路模型,并验证了模型的准确性。在电路模型基础上运用扩展卡尔曼滤波算法搭建
了MATLAB/Siumlink平台上的仿真模型,通过仿真和实验结果的对比,验证该模型具有较高的估算精度,可用
于锂离子电池SOC的实时估算。
凡旭国1,2,周金治1,2,高磊1,2
(1.西南科技大学 信息工程学院,四川 绵阳 621010; 2.特殊环境机器人技术 四川省重点实验,四川 绵阳 621010)
摘要摘要:锂离子电池管理系统设计及荷电状态(SOC)估算依赖于电池等效电路模型的建立,在几种常见的动力锂离子电
池等效电路模型分析与比较的基础上,通过对动力锂离子电池进行多种特性实验,分析了锂离子电池的动态特性,提出了二阶
RC等效电路模型,并验证了模型的准确性。在电路模型基础上运用扩展卡尔曼滤波算法搭建了MATLAB/Siumlink平台上的仿
真模型,通过仿真和实验结果的对比,验证该模型具有较高的估算精度,可用于锂离子电池SOC的实时估算。
关键词 关键词:锂离子电池;等效电路模型; EKF算法; SOC估算
中图分类号中图分类号:TM912.9文献标识码:ADOI: 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.02.025
引用格式:凡旭国,周金治,高磊.锂离子电池特性建模与SOC估算算法的研究[J].微型机与应用,2017,36(2):83-
86.
0引言引言
*基金项目:特殊环境机器人技术四川省重点实验室基金资助项目(13ZXTK07);西南科技大学研究生创新基金资助项目
(16ycx100)可充放电锂离子电池自从20世纪90年代出现以来,由于具有体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、可快速充
放电等优势,已广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子产品[1]。电池使用时其荷电状态(SOC)的估算是
电池管理系统(BSM)中的重要环节,准确地估算SOC能够提高电池的安全性能,有效地保护电池,延长电池的循环使用寿
命,提高电池的使用效率[2]。
SOC估算算法的精确性直接依赖于用来描述电池特性的电路模型的准确性。常用的电池模型主要有三类[3]:电化学机
理模型、神经网络模型和等效电路模型。由于电池内部化学反应复杂,很难在实际应用中建立精确的电化学机理模型;而神经
网络模型则需要大量的历史数据来预测电池性能,并且模型只能针对特定因素分析,难以全面反映电池特性;等效电路模型能
够考虑电压、电流、温度、极化等多种因素的影响,使用基本电路元件组成电路描述电池的工作特性,物理意义清晰明确,因
而得到广泛应用。
目前国内外常用的等效电路模型包括:Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型以及文献[4]提出的对PNGV模型改进的
GNL模型等。文献[5]运用插值估算法结合PNGV模型对SOC进行了估算,有效地解决了安时法存在累计误差和初始值不准
确的问题,最终使误差控制在5%以内;文献[6]将EKF算法用在一阶RC电路模型上,虽然取得一定的效果,但是考虑影响
电池SOC的因素不够全面;文献[7]用神经网络和EKF相结合的方法实现了SOC的在线估计,但是依赖于电池大量的离线数
据训练;文献[8]在等效电路模型的基础上将自适应滑模观测器运用于SOC的估算中,最后建立了仿真模型验证了方法的可
行性,但算法误差和有效性不能得到保证。
本文通过对动力18650型锂离子电池进行多次充放电实验,分析了锂离子电池的动态特性,提出了二阶RC等效电路模
型,并辨识了模型的相关参数,最后在MATLAB/Siumlink仿真平台上建立仿真模型,对模型进行仿真验证,通过仿真和实验
结果的对比,验证该模型具有较高的估算精度。
1锂离子电池特性实验锂离子电池特性实验
1.1充电实验充电实验
锂离子电池常采用恒流转恒压的充电模式,本文以额定容量为2 600 mAh、充电电压4.3 V、标称充电电流0.25C~1C的
18650型锂离子电池,实验平台为美诺M9710可编程电子负载和数控电源,通过实验可以获取其充电过程中电压电流的变化曲
线,如图1所示。


















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