【摘要】：隨著環(huán)境污染和能源緊缺問題的不斷加劇,新能源汽車已經(jīng)成為21世紀(jì)汽車領(lǐng)域發(fā)展的熱點。動力電池及電池管理系統(tǒng)是影響新能源汽車發(fā)展和普及的關(guān)鍵技術(shù)。鋰離子電池憑借著自身突出優(yōu)勢已成為當(dāng)代應(yīng)用最為廣泛的動力電池。在車輛復(fù)雜的動態(tài)行駛條件之下,保證電池荷電狀態(tài)的準(zhǔn)確估計可以大幅度提高電池的使用壽命,提升其使用效率。相比等效電路模型,電化學(xué)模型可直接表征電池內(nèi)部狀態(tài),具有更高的估計精度,但是模型計算量過大,難以實現(xiàn)動力電池狀態(tài)的在線估計。本文深入研究了鋰離子動力電池電化學(xué)機(jī)理建模及其簡化降階方法,設(shè)計了一種基于簡化降階的電化學(xué)模型的鋰離子電池SOC估計算法,促進(jìn)了電化學(xué)模型在車載電池管理系統(tǒng)上的應(yīng)用。主要研究工作如下:基于濃溶液理論和多孔電極理論,分析準(zhǔn)二維電化學(xué)模型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),初步建立出具有高度非線性和強(qiáng)耦合性的鋰離子電池電化學(xué)模型。在此模型基礎(chǔ)上,做出合理的簡化假設(shè),并運用三參數(shù)拋物線法和帕德近似法分別對固相及液相鋰離子擴(kuò)散方程進(jìn)行近似簡化,完成了對開路電壓、液相電勢、過電勢的簡化求解,建立了簡化降階的擴(kuò)展單粒子電化學(xué)模型。采用線性遞減權(quán)重粒子群算法對擴(kuò)展單粒子模型關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行辨識,進(jìn)一步提高模型精度。詳細(xì)介紹了粒子群算法參數(shù)辨識的原理、慣性權(quán)重改進(jìn)方法、參數(shù)的選取原則及參數(shù)辨識的具體步驟。基于0.1C恒流放電實驗數(shù)據(jù)辨識得到了模型中的正負(fù)極固相鋰離子擴(kuò)散系數(shù)、正負(fù)極反應(yīng)速率常數(shù)、正負(fù)極粒子最大鋰離子濃度。使用Matlab/Simulink搭建了參數(shù)辨識后的鋰離子電池擴(kuò)展單粒子模型,對電池放電過程中正負(fù)極固相鋰離子濃度和液相鋰離子濃度的變化趨勢進(jìn)行分析,驗證了所采用的模型簡化降階方法的精度。然后在恒流放電工況、循環(huán)脈沖放電工況和聯(lián)邦城市行駛工況下對比驗證了擴(kuò)展單粒子模型和傳統(tǒng)單粒子模型的精度。實驗結(jié)果表明,本文所建立的經(jīng)過參數(shù)辨識后的擴(kuò)展單粒子模型在各個工況下都具有較高的精度,能夠更好的模擬電池的動態(tài)特性。在簡化降階的擴(kuò)展單粒子模型基礎(chǔ)上,利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法估計出粒子表面鋰離子濃度值,然后通過電化學(xué)模型SOC定義表達(dá)式計算電池SOC值。采用聯(lián)邦城市行駛工況對算法的實際估計精度進(jìn)行驗證,實驗結(jié)果表明,本文所建立算法的SOC估計精度較高,并且對初始SOC誤差有良好的修正作用。
【圖文】：

其結(jié)構(gòu)如圖1.2 所示。圖 1.2 典型的等效電路模型結(jié)構(gòu)Fig.1.2 Typical equivalent circuit model structure其中，Rint 模型結(jié)構(gòu)比較簡單，由一個理想電壓源和電阻構(gòu)成，由于沒有考慮電池極化效應(yīng)和內(nèi)阻的變化，因此誤差較大，僅適用于簡單的電路仿真；Thevenin 模型在內(nèi)阻模型上增加了一對電阻和電容來描述電池的極化效應(yīng)，但是不能反應(yīng)電池工作過程中開路電壓隨電池 SOC 的變化；PNGV 模型在 Thevenin模型基礎(chǔ)上增加了一個電容用來描述開路電壓的變化，有效地解決了開路電壓隨電池 SOC 改變的問題，但模型較復(fù)雜，運算成本高。RC 模型使用大電容 Cb模擬電池的剩余容量，使用小電容 Cs模擬電池的表面效應(yīng)，使用

第二章 鋰離子電池電化學(xué)建模及其簡化降子電池的結(jié)構(gòu)電池主要組成部分包括：隔膜、正負(fù)電極、電解液、外殼示。其中，隔膜具有良好的絕緣性，只允許電解液中的鋰電池的正負(fù)電極分隔開來，防止兩極接觸而發(fā)生短路；正作為導(dǎo)電介質(zhì)布置在正負(fù)電極材料層的兩側(cè)制成，可以為的空間，是電池的核心部分。通常負(fù)極的集流體為銅箔，電解質(zhì)是電池正負(fù)電極的連接物質(zhì)，具有較高的離子電導(dǎo)負(fù)電極之間的傳輸提供載體；電池外殼的作用是為電池提環(huán)境，保護(hù)電池其余的內(nèi)部材料，，防止電池因為碰撞、擠著火爆炸等。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U469.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2627489