本文關(guān)鍵詞：基于改進單粒子模型的鋰離子電池參數(shù)獲取與老化分析

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【摘要】：鋰離子電池由于自身性能的優(yōu)點得到了越來越廣泛的應(yīng)用�，F(xiàn)有電池管理系統(tǒng)在提高電池“安全性、可靠性、經(jīng)濟性”方面仍然存在很多問題。鋰離子電池電化學(xué)模型是基于電池內(nèi)部物理化學(xué)過程建立的,能夠適應(yīng)較大范圍的使用工況變化,仿真精度較高,且模型參數(shù)具有明確的物理意義,其演化規(guī)律能夠反映電池的健康狀態(tài)。本文對單粒子模型進行改進,簡化模型參數(shù),研究了模型參數(shù)的獲取方法,開展老化實驗并對模型參數(shù)和電池內(nèi)部過程的老化規(guī)律進行了系統(tǒng)分析。首先,在單粒子模型基礎(chǔ)上,引入液相擴散過電勢的簡化計算方法和固相擴散三參數(shù)近似解,豐富了歐姆極化過程。在此基礎(chǔ)上增加了對電池熱行為的描述,使建立的模型仿真精度提高,并且能夠?qū)崿F(xiàn)電池溫度的仿真預(yù)測。之后,針對模型參數(shù)過多、不易獲取的問題,進行參數(shù)簡化融合,簡化后的參數(shù)保留了清晰的物理意義,最終得到了擁有12個參數(shù)的改進單粒子模型。其次,提出了一種基于激勵響應(yīng)分析的參數(shù)獲取方法。該方法是在深入研究電池內(nèi)部物理化學(xué)過程以及模型特點的基礎(chǔ)上,設(shè)計不同充放電形式,將各部分過電勢進行分解,再以省時、準確為原則合并成一組動態(tài)工況,取電壓特性中關(guān)鍵的電壓段或電壓躍變點,通過分解各部分過電勢反推模型電壓相關(guān)參數(shù);取溫度曲線中若干擱置段自降溫曲線,計算得到溫度相關(guān)參數(shù)。通過實驗驗證可知,該方法獲取的參數(shù)能準確的對電池的端電壓和溫度外特性進行仿真。最后,基于改進單粒子模型并結(jié)合參數(shù)獲取方法進行鋰離子電池老化研究。設(shè)置環(huán)境溫度和工作倍率兩個影響老化的因素,用模糊聚類的方法篩選一致性較好的電池進行老化實驗。獲取不同老化階段的模型參數(shù)和電池放電容量等數(shù)據(jù),利用最小二乘法建立老化模型,并進行老化機理分析。通過方差分析結(jié)合F檢驗的方法,獲得了環(huán)境溫度、充放電倍率和兩者的交互因素對各參數(shù)的影響程度。最后對不同老化模式下的端電壓進行分解,得到了老化過程中過電勢變化情況以及對端電壓的影響,結(jié)合老化機理對其變化原因進行分析。論文研究為鋰離子電池電化學(xué)模型在電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),為進一步的研究工作指明了方向。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 單粒子模型 參數(shù)獲取 老化模型 老化機理分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題的背景及研究意義9-10
• 1.2 鋰離子電池性能仿真模型研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 鋰離子電池模型分類10-11
• 1.2.2 鋰離子電池電化學(xué)模型簡化11-12
• 1.3 鋰離子電池參數(shù)獲取研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 鋰離子電池老化模型及機理研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 鋰離子電池改進單粒子模型及參數(shù)化簡16-30
• 2.1 單粒子模型16-19
• 2.2 單粒子模型的改進19-25
• 2.2.1 固相擴散三參數(shù)近似解19-20
• 2.2.2 液相擴散的簡化計算20-22
• 2.2.3 歐姆極化作用22
• 2.2.4 端電壓仿真驗證22-24
• 2.2.5 電池熱行為描述24-25
• 2.3 改進單粒子模型參數(shù)簡化25-29
• 2.3.1 基本工作過程相關(guān)參數(shù)的簡化25-26
• 2.3.2 固相擴散相關(guān)參數(shù)的簡化26-27
• 2.3.3 液相擴散相關(guān)參數(shù)的簡化27
• 2.3.4 反應(yīng)極化相關(guān)參數(shù)的簡化27-28
• 2.3.5 歐姆極化相關(guān)參數(shù)的簡化28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 鋰離子電池參數(shù)獲取方法與驗證30-47
• 3.1 改進單粒子模型的參數(shù)獲取方法31-36
• 3.1.1 基本過程參數(shù)的獲取31-32
• 3.1.2 固相擴散時間常數(shù)與液相擴散系數(shù)的獲取32-34
• 3.1.3 反應(yīng)極化系數(shù)的獲取34-35
• 3.1.4 液相擴散時間常數(shù)的獲取35-36
• 3.1.5比熱容與對流換熱系數(shù)的獲取36
• 3.2 改進單粒子模型參數(shù)獲取工況設(shè)計36-39
• 3.3 改進單粒子模型參數(shù)獲取方法驗證39-46
• 3.3.1 虛擬合成數(shù)據(jù)驗證39-42
• 3.3.2 實際電池端電壓驗證42-45
• 3.3.3 實際電池溫度驗證45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 鋰離子電池老化因素分析47-71
• 4.1 鋰離子電池老化實驗設(shè)計48-51
• 4.1.1 老化實驗方案48
• 4.1.2 實驗電池篩選48-51
• 4.2 鋰離子電池老化實驗初步結(jié)果51-54
• 4.2.1 鋰離子電池充放電曲線老化規(guī)律51-53
• 4.2.2 鋰離子電池放電容量和內(nèi)阻的老化規(guī)律53-54
• 4.3 鋰離子電池老化模型和老化分析54-70
• 4.3.1 鋰離子電池參數(shù)老化模型及機理分析54-64
• 4.3.2 不同老化因素對老化程度的影響64-66
• 4.3.3 各部分過電勢老化分析66-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻72-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77-79
• 致謝79

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王松蕊;盧立麗;劉興江;;鋰離子電池放電過程的模擬研究[J];電源技術(shù);2011年06期

2 劉大同;周建寶;郭力萌;彭宇;;鋰離子電池健康評估和壽命預(yù)測綜述[J];儀器儀表學(xué)報;2015年01期

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本文編號：612336