李光远, 马 彦,b

(吉林大学 a. 通信工程学院； b. 汽车仿真与控制国家重点实验室, 长春 130022)

0 引 言

锂离子电池由于其出色的性能, 广泛应用于电动汽车动力电池领域[1], 其模型搭建与状态估计也在电动汽车动力电池管理系统中起关键作用[2]。因此, 有必要基于控制工程思想, 设计精确度较高, 计算负担较小的锂离子电池模型, 应用于电池管理系统中, 优化系统的整体性能[3,4]。

目前, 研究人员从电池的电化学工作原理出发, 搭建了准二维模型[5]、 单粒子模型[6]、 平均值模型[7]等电化学模型；从电池输入输出外特性出发, 搭建了等效电路模型[8]； 结合电化学工作原理与外特性, 搭建了电池阻抗谱模型[9]。电化学模型中最基础的锂离子电池电化学模型为准二维模型[5], 该模型能全面系统地描述电池充放电时的工作特性。然而, 从控制工程角度考量, 模型中存在大量偏微分方程与耦合方程, 计算复杂度很高, 使该模型的应用范围比较有限, 多数情况下限于电池的特性分析与优化设计领域。为降低准二维模型的复杂度, 提高计算效率, 研究人员提出了多种数值求解方法, 如有限元法[10]和本征正交分解法[11]等, 然而由于模型本身的限制, 依旧不能用于实时环境中。另一方面, 外特性模型在当下的管理系统中应用广泛, 其精确度随阶数的升高而增加, 却引入了大量无物理意义的状态量。所以, 亟需一种能描述电池内部特性, 精确度较高, 计算复杂度较低的电化学模型。……