电动汽车锂电池建模仿真

郑博升 申彩英

摘 要：文章列举了几种常见的锂电池等效模型 并选取戴维南模型进行参数辨识与建模仿真：对实验所选锂电池进行HPPC脉冲充放电实验 把试验得到的电压、电流等数据在Matlab中进行参数拟合得到电池的等效电阻和等效电容等参数 最后在Simulink中搭建等效电池模型进行充放电仿真并验证模型的精确性 模型运行的结果证明模型的最大误差小于5% 平均误差小于1%。

关键词：锂电池;参数辨识;建模仿真

中图分类号：U463.63+3  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）18-12-02

Abstract： This paper enumerates several common equivalent models of lithium battery， and chooses Thevienen model to carry on parameter identification and Modeling simulation： carries on the HPPC pulse charge and discharge experiment to the Lithium Battery selected in the experiment， the parameters of the equivalent resistance and the equivalent capacitance of the battery are obtained by fitting the voltage and current data of the test in Matlab. Finally， the model of the equivalent battery is built in Simulink to simulate the charging and discharging， and the accuracy of the model is verified， the results show that the maximum error of the model is less than 5% and the average error is less than 1%.

Keywords： Lithium battery; Parameter identification; Modeling and simulation

CLC NO.： U463.63+3  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）18-12-02

引言

近年来随着纯电动汽车在国内外市场的飞速发展 电动车用锂电池逐渐成为学术界重点研究对象 由于电池是一个黑箱系统 所以精确地建立等效模型 表征电池特性成为电动汽车BMS系统中的重要部分。

1 常见的锂电池等效模型及模型的选取

1.1 Rint

由理想电压源与电阻串联组成 该模型参数计算少、建模简单 通用性较高。缺点是模型精度低 無充放电电压回弹。

1.2 戴维南

由一个理想电压源、一个内阻、一对并联的极化电阻容之间串联组成。考虑了电池极化反应 该模型可模拟电池的充放电时端电压变化的动态过程。

1.3 PNGV

比戴维南模型多了个电池电容 表征负载电流引起的开路电压变化。能够较好表征动态特性。本文选用的模型为二阶戴维南模型 如图1。

UOC是开路电压 R0是等效内阻 UP1、 UP2 为电池电化学极化电压与浓差极化电压 RP1、CP1和CP2、RP2分别为电化学极化阻容和浓差极化阻容 其端电压表达式与状态方程和离散化状态方程为公式（1）、（2）。其中τ1、τ2表示两个阻容环节的时间常数。

2 参数辨识

等效电路中的RC参数不能直接测量 但可以通过对充放电曲线拟合得到。针对二阶模型 需要辨识UOC、R0、R1 、R2 、τ1、τ2。实验选用衡远新能源公司FLNCM-20锂电池 额定容量19Ah 充放电截止电压4.2V和2.8V。先将电池充满并静置12小时 取9个DOD（放电深度 即SOC = 0.1…0.9） 取的每一个点都进行HPPC试验：（1）进行电流1C的10s充电;（2）搁置40s;（3）进行10s电流0.75C的放电;（4）重复（1）～（3）步骤 至最后一个DOD。HPPC测试的电压、电流变化如图2所示：

取每一DOD所得到的端电压曲线 如图2所示 t1～t2、t2～t3、t3～t4分别为充电、静置、放电。t1时刻电池RC环节由于已经过长期静置 故UP1电压为0 故U1～U2的变化只与内阻R0有关 则该DOD内阻R0为公式（3）;t4之后

RC环节零输入 端电压表达式为公式（4） 将其与（4）拟合 得到时间常数τ1、τ2;t3～t4内RC环节零状态 端电压表达式为（5） 将其与（5）拟合 得到R1和R2。最终得到各项参数如表1所示。

3 建模仿真

根据表1参数 在SIMULINK中搭建等效模型 进行HPPC测试得到的端电压与实际HPPC测试的实验电压进行对比 电压对比曲线、误差率如图3。等效模型仿真端电压最大误差小于5% 大部分过程小于0.7%。

4 结语

本文对锂电池进行HPPC测试 选取二阶戴维南模型对测试数据进行参数辨识 在Simulink中搭建仿真模型 对仿真模型进行相同工况HPPC测试 结果证明最大误差小于5% 平均误差小于1%。

参考文献

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[2] 王丽君.磷酸铁锂电池SOC估算方法的研究[D].安徽理工大学， 2019.

[3] 杨思敏，申彩英，全奎松等.电动汽车用锂电池模型研究[J].现代车用动力，2017，（2）：18-20.

[4] 张燕梅.电动汽车用圆柱三元锂电池性能研究[J].汽车实用技术，2019，（09）：35-38.