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电动汽车用磷酸铁锂电池动态特性建模与仿真研究
| 论文题名： | 电动汽车用磷酸铁锂电池动态特性建模与仿真研究 |
| 关键词： | 电动汽车;磷酸铁锂电池;动态特性;等效电路模型 |
| 摘要： | 动力电池对电动汽车续航里程和安全性影响重大，磷酸铁锂电池凭借其安全性能佳、无污染、低成本和循环寿命长等优点成为电动汽车动力源的优先选择。动力电池建模是电动汽车电池管理系统开发的重要环节，关系到电池管理系统能否实现对电池荷电状态和健康状态的准确估计。因此基于电池的动态特性，建立高精确度和低复杂度的电池模型对电池管理系统是必不可少的。 本文对磷酸铁锂电池的动态特性进行了试验测试与分析，包括不同倍率放电下电池所表现的端电压特性和容量特性，在不同SOC状态下电池的开路电压特性以及在不同频率电信号扰动下电池的电化学阻抗谱特性，为之后模型的建立和仿真提供一定的试验基础。 鉴于现有Randles等效电路模型的不足，主要基于磷酸铁锂电池的电化学阻抗频谱特性，通过引入复参数电感元件，复参数电容元件和常相位角元件，并对以上元件与Randles等效电路模型的元件进行对比分析，建立了磷酸铁锂电池的等效电路修正模型。基于对实测阻抗谱的拟合，通过模拟退火算法，辨识了修正模型中的参数。验证并分析了修正模型对实测阻抗谱的拟合结果，并与Randles模型在拟合精度上进行了对比，结果表明修正模型绝对误差总体上低于Randles模型，其相对误差为3.83％，相比Randles模型精度提高了近4%。利用修正模型对磷酸铁锂电池在不同SOC状态下的阻抗谱进行拟合，分析了模型参数随SOC的变化，得出模型中参数Q与SOC存在较为简单的单调关系，为电池管理系统SOC的估计提供一定的参考。 针对电池管理系统上需要电池的时域模型来描述其伏安动态特性的要求，结合动力电池在电动汽车上的实际运行情况，完成了修正模型从频域到时域的转换。通过利用OCV-SOC特性曲线对时域模型中开路电压进行辨识；基于对不同SOC点断电后电池端电压的响应，得到了等效电路元件参数与SOC的拟合函数式。搭建了基于Simulink的磷酸铁锂动力电池动态仿真模型，分别进行了恒流放电试验验证和FUDS美国联邦城市驾驶工况试验验证，仿真结果表明，模型在恒流放电工况下的最大误差为0.0311V，平均误差为0.0078V；在FUDS工况下，最大误差为0.051V，平均误差为0.0108V，模型能够较好地模拟电池的伏安动态特性，验证了模型的有效性，为电池模型在电池管理系统上的进一步应用提供一定的理论基础。 |
| 作者： | 张智群 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 刘晶郁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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