李涛 程夕明 胡晨华

(北京理工大学机械与车辆学院, 电动车辆国家工程实验室, 北京 100081)

可靠而高效的锂离子电池模型是电池管理系统状态估计与故障诊断的基础.采用偏微分方程描述的准二维(P2D)机理模型的参数多, 虽然模型准确性高, 但计算费时, 需降阶处理才能更好地应用在车载电池管理系统.为此, 基于相同模型参数, 建立锂离子电池的P2D模型及其降阶模型—单粒子模型(SPM)和集总粒子模型(LPM), 对三种电化学机理模型电池端电压的计算精度和时间进行对比研究.结合多孔电极模型和浓溶液理论, 基于电池均匀电流密度的假设条件, 按照电极固相和液相体积比重新分配电流密度, 推导了由液相锂离子浓度分布差异所导致的液相浓差过电压和欧姆内阻, 补偿LPM的电压误差.采用恒流放电、脉冲放电和动态电应力测试(DST)工况对比分析优化的LPM, P2D模型和SPM的电学性能.结果表明: 优化的LPM不仅能够以更少的参数大幅降低模型计算时间, 而且能够保证模型电压的计算精度.

1 引 言

锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、无记忆性和长寿命等特点, 作为主要的电化学储能装置, 在纯电动汽车中得到了广泛应用, 成为新能源汽车“三电”核心技术之一.在纯电动车辆运行过程中, 锂电池的电压、电流、内部温度、荷电状态(state of charge, SOC)、健康状态(state of health,SOH)等状态参数由电池管理系统(battery management system, BMS)进行监测和估计.因此,在BMS中建立准确且高效的锂离子电池模型, 是估计和诊断锂电……