本文關(guān)鍵詞：基于改進(jìn)單粒子模型的鋰離子電池組充電策略研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池組 改進(jìn)單粒子模型 長壽命快速充電 SOC估計 電池組均衡

【摘要】：鋰離子電池以其優(yōu)越的性能逐步成為新能源領(lǐng)域的核心儲能部件,與此同時對鋰離子電池管理系統(tǒng)也提出了更高的要求,高效、健康的電池充電方法受到越來越多的關(guān)注。本文開展了鋰離子電池組充電策略的研究,提出基于電池模型參數(shù)的長壽命快速充電方法,結(jié)合機理模型實現(xiàn)電池組均衡控制,為電化學(xué)模型應(yīng)用于管理系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。首先,詳細(xì)敘述了鋰離子電池的改進(jìn)單粒子模型,給出了機理模型中各個物理、化學(xué)反應(yīng)過程的相關(guān)表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,分析模型參數(shù)與電池外在行為之間的聯(lián)系,利用激勵響應(yīng)分析的方法,通過不同的辨識工況實現(xiàn)模型參數(shù)的分步獲取。通過商品鈷酸鋰電池的參數(shù)獲取實驗,驗證參數(shù)獲取的有效性和精度。實驗表明參數(shù)獲取結(jié)果準(zhǔn)確,可用于電池狀態(tài)參量的估計以及電池管理的研究中。為實現(xiàn)鋰離子電池快速且安全的充電,詳細(xì)分析了鋰離子電池充電老化機理,在傳統(tǒng)充電方式的基礎(chǔ)上,基于改進(jìn)單粒子模型并結(jié)合模型參數(shù),從電池健康管理的角度出發(fā),設(shè)計出一種監(jiān)測并控制負(fù)極活性粒子表面嵌鋰率的充電方式。搭建充電實驗平臺實現(xiàn)鋰離子電池長壽命快速充電,實驗數(shù)據(jù)指出該充電方式具備較高充電速度和深度的同時,能夠延長電池壽命。針對當(dāng)前電池組均衡技術(shù)中出現(xiàn)的問題,結(jié)合改進(jìn)單粒子模型確定了電池組均衡控制方案。基于改進(jìn)單粒子模型并利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法估計電池SOC,分別利用恒流工況和動態(tài)工況對SOC估計的精確度進(jìn)行評估,討論不確定因素如初始偏差、量測噪聲對SOC估計的影響。結(jié)果表明該估計方法具有較高的精度和較強的抗干擾能力,該估計結(jié)果用來作為電池組均衡的數(shù)據(jù)依據(jù)。與此同時,設(shè)計出一種能量非耗散型電感均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),對電路的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析,確定SOC均衡的具體實現(xiàn)方法。最后,采用聚類算法篩選出性能相近的電池,對于本文設(shè)計的長壽命快速充電方法、電池組均衡控制方案,在搭建的電池組充電實驗系統(tǒng)平臺上進(jìn)行實驗,驗證整個充電策略的可行性和有效性,實驗結(jié)果表明該充電策略能夠有效地延緩電池組容量衰減。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池組 改進(jìn)單粒子模型 長壽命快速充電 SOC估計 電池組均衡
【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】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題的背景及研究意義9-10
• 1.2 鋰離子電池模型與參數(shù)獲取方法的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.1 電池模型的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 參數(shù)獲取方法的研究現(xiàn)狀11
• 1.3 鋰離子電池充電技術(shù)的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4 鋰離子電池組均衡控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5 本課題的主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 鋰離子電池改進(jìn)單粒子模型與參數(shù)獲取15-28
• 2.1 改進(jìn)的單粒子模型15-21
• 2.1.1 基本工作過程15-17
• 2.1.2 固相擴(kuò)散過程17-18
• 2.1.3 液相擴(kuò)散過程18-19
• 2.1.4 反應(yīng)極化作用19-20
• 2.1.5 歐姆極化作用20-21
• 2.2 模型的參數(shù)獲取21-25
• 2.2.1 基本工作過程相關(guān)參數(shù)的獲取21-22
• 2.2.2 歐姆內(nèi)阻參數(shù)的測量22
• 2.2.3 正負(fù)極反應(yīng)極化系數(shù)的獲取22-23
• 2.2.4 固液相擴(kuò)散過程相關(guān)參數(shù)的獲取23-24
• 2.2.5 液相擴(kuò)散時間常數(shù)的獲取24-25
• 2.3 參數(shù)獲取結(jié)果驗證25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 鋰離子電池的長壽命快速充電28-38
• 3.1 鋰離子電池充電老化機理28-31
• 3.1.1 鋰離子電池的充電過程28-29
• 3.1.2 過度充電對電池的影響分析29-31
• 3.2 長壽命快速充電方案設(shè)計31-35
• 3.2.1 馬斯定律31-32
• 3.2.2 長壽命快速充電方案32-35
• 3.3 充電方案實驗驗證35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第4章 鋰離子電池組在線SOC估計及均衡控制方法38-50
• 4.1 基于SP+模型的SOC估計38-42
• 4.1.1 SOC估計方法的選擇38-39
• 4.1.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波原理39-40
• 4.1.3 SOC估計的實現(xiàn)40-42
• 4.2 SOC估計方法驗證42-45
• 4.2.1 不同工況下SOC的估計結(jié)果42-44
• 4.2.2 初始誤差對SOC估計結(jié)果的影響44
• 4.2.3 測量噪聲對SOC估計結(jié)果的影響44-45
• 4.3 鋰離子電池組的均衡控制45-49
• 4.3.1 均衡電路設(shè)計45-48
• 4.3.2 均衡控制方法48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 鋰離子電池組充電策略實驗驗證50-64
• 5.1 實驗電池篩選50-52
• 5.2 電池組充電實驗設(shè)計52-59
• 5.2.1 總體實驗方案52-53
• 5.2.2 實驗系統(tǒng)平臺53-54
• 5.2.3 硬件電路實現(xiàn)54-56
• 5.2.4 Lab VIEW實現(xiàn)56-59
• 5.3 實驗結(jié)果分析59-62
• 5.3.1 電池組均衡實驗結(jié)果分析59-62
• 5.3.2 電池組充電實驗結(jié)果分析62
• 5.4 本章小結(jié)62-64
• 結(jié)論64-65
• 參考文獻(xiàn)65-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果70-72
• 致謝72

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1 張錫珍;董保國;;八極形變的殼效應(yīng)[J];中國原子能科學(xué)研究院年報;1992年00期

2 ;[J];;年期

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1 殷明月;鋰離子動力電池電化學(xué)建模與仿真研究[D];吉林大學(xué);2016年

2 劉璇;基于改進(jìn)單粒子模型的鋰離子電池組充電策略研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

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本文編號：914438