电池管理系统的锂离子电池容量估计及静动态模型研究

锂离子电池组作为新能源系统重要的储能装置。由于电池组内电池单体间的不一致性,电池组工作时每个电池单体的工作状态不完全相同。为了保证电池组正常工作,常利用电池管理系统(Battery Management System,BMS)控制电池组的充放电。本文以BMS应用为背景,对锂离子电池容量估计,锂离子电池静态模型参数辨识及动态模型的建立进行了研究。本文首先介绍了现有BMS功能及实现方式,并分析了电池容量估计和电池模型在BMS中的应用。为后文研究应用于BMS的容量估计方法、电池模型参数辨识及电池动态模型的建立奠定理论基础。其次,本文基于磷酸铁锂电池容量衰减机理,在不破坏电池结构的前提下,利用容量增量曲线(Incremental Capacity Analysis,ICA)将电池的电压外特性参数与电池内部的容量衰减机理建立联系。进而,该方法可以在电池不满充满放的前提下,利用电池后半段充电曲线即可对电池容量进行估计。并通过电池的充放电循环老化实验对提出的方法进行了验证。然后,本文针对电池的直流内阻模型提出一种基于电池恒流放电曲线的模型参数辨识方法。该方法耗时短、精度高、易于实现,并且可以同时获得连续的开路电压(Open circuit voltage,OCV)-荷电状态(State of Charge,SOC)和直流内阻-SOC曲线,便于更加全面的分析电池性能。最后,以磷酸铁锂电池为例在不同温度、不同电流的实验条件下对模型参数辨识方法进行了验证。最后,本文针对电池测试实验过程中的电池阶跃电流动态过程,通过分析阶跃放电动态过程中锂离子电池内部建立稳态过程中物质扩散运动的变化,提出了一种电池阶跃电流动态模型。文章以磷酸铁锂电池和三元电池为例对模型进行了验证,并分析了温度、电流、SOC对模型参数的影响。