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        插電式混合動力汽車電池管理系統(tǒng)中電化學電池模型及其參數(shù)估計

        2016-12-07 06:11:02
        汽車文摘 2016年10期
        關鍵詞:電式參數(shù)估計鋰電池

        插電式混合動力汽車電池管理系統(tǒng)中電化學電池模型及其參數(shù)估計

        插電式混合動力汽車(PHEV)多采用鋰離子電池作為動力電池。鋰離子電池受外加電流、荷電狀態(tài)和溫度的影響較為明顯,若其在安全限值以外的區(qū)域工作,則可能產生自燃和爆炸。因此,對PHEV動力電池進行管理至關重要。目前,多采用專門的電池管理系統(tǒng)對PHEV動力電池進行管理,保證其可靠、安全、長期地運行。電池管理系統(tǒng)需要能實時估計出電池的內部狀態(tài),如荷電狀態(tài)、內阻和健康狀態(tài)等。通常采用基于梯度的優(yōu)化方法對這些參數(shù)進行估計,但這種估計方法需要建立龐大的雅克比矩陣,很容易超出電池管理系統(tǒng)的內存限制。對此,本文在電池管理系統(tǒng)中建立了較為精確的電化學電池模型,并給出了一種新的參數(shù)估計方法,新方法能夠利用較少計算量、較為精確地對電池狀態(tài)進行估計。

        相比電池的其它模型,電池的電化學模型能夠很好地將電池的相關參數(shù)與電池的物理特性相互關聯(lián),并能更好地捕捉外部電流產生瞬態(tài)變化時電池特性所發(fā)生的變化。鋰電池內部反應采用電極過程動力學(Butler-Volmer)方程描述。根據(jù)質量守恒定律和電荷守恒定律,建立鋰電池的非線性偏微分方程,即鋰電池的電化學模型。對電池模型參數(shù)的估計需要對電池參數(shù)進行測量。獲取測量值時,采用額定容量為28.2Ah的鋰電池,電池含有交錯放置的21個正極和22個負極,正負極活性材料均由LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2LiMn1/3O4(NMC-LMO)和天然炭組成,電解液采用LiPF6、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯。測試溫度為45℃,電池充放電循環(huán)中,電池荷電狀態(tài)介于20%~90%之間。試驗共進行6次,總循環(huán)2500次。試驗后電池容量損失16%,電池電壓由4.2V下降至4.08V,電解液發(fā)生分解出現(xiàn)電解質沉淀。將電池物理特性變化與電池電化學模型的參數(shù)變化進行對比發(fā)現(xiàn),鋰離子的液相擴散系數(shù)最能反映出電池的老化特性。因此,采用電化學電池模型的電池管理系統(tǒng)只需要對鋰離子的液相擴散系數(shù)進行估計便可對電池狀態(tài)進行估計。

        刊名:International Journal of Automotive Technology(英)

        刊期:2015年第3期

        作者:W.Sung et al

        編譯:李臣

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