基于EIS的鋰電池阻抗模型研究.pdf

1、目前,雖然二次電池的檢測技術與設備在精度上較以往有了很大提高,但受設備成本高、檢測算法復雜等因素的限制,在一般的實際工程中往往還是沿用著比較落后的電池檢測方法。針對這種情況,本文以磷酸鐵鋰電池的電化學阻抗譜(EIS)為基礎,重點研究了電池阻抗模型在低頻區(qū)簡化與建立的問題,并對模型的正確性與應用性進行了仿真驗證與探討,為實際工程中電池性能的檢測提供了一種比較簡便并具有一定可行性的理論方法。
　　在模型建立方面,本文基于磷酸鐵鋰電池的

2、EIS,通過多次擬合對比與修正,建立了三階RC電路作為電池在低頻區(qū)的簡化阻抗模型。分析發(fā)現(xiàn),在電池正極界面上存在固體電解質(zhì)膜(SEI),其阻抗響應在 EIS全頻帶內(nèi)沒有表現(xiàn)出來,而在低頻區(qū)模型簡化后得以體現(xiàn)。深入研究了SEI形成機理與阻抗特性后,將其對應等效元件加入模型進行修正。修正后的模型經(jīng)過擬合驗證,在低頻區(qū)與全頻帶的阻抗響應都能與EIS譜圖很好的吻合,說明所建模型在阻抗響應方面的正確性。
　　根據(jù)所建立的等效模型進行了電池放

3、電特性的仿真驗證工作。根據(jù)三階RC電路理論,對電路模型中各參數(shù)進行了辨識,建立了各元件參數(shù)與電池SOC之間的函數(shù)關系。在此基礎上,利用 Simulink仿真平臺搭建了鋰離子電池的仿真模型,并進行了恒流放電和周期脈沖放電兩種工況下的仿真驗證。結果發(fā)現(xiàn)兩種情況下的誤差都主要集中放電開始與結束階段,從誤差數(shù)值來看,所建立的簡化模型是能在直流或者低頻下較好的模擬電池的充放電特性。
　　在模型的應用性方面,結合擴展卡爾曼濾波(EKF)進行了

4、對電池SOC估算的工作。根據(jù)所建模型參數(shù)辨識關系建立了系統(tǒng)的狀態(tài)方程、觀測方程以及估算遞推過程,然后用Ah法下電流計算出的SOC值作為理論真實值,在Matlab中進行了周期脈沖放電情況下對SOC估計的仿真驗證。結果表明,對SOC值的估計誤差主要集中在放電結束階段。從總體來看,所建模型對SOC的估計精度能夠滿足一般的工程應用要求。
　　以上研究和驗證工作表明,在 EIS低頻區(qū)簡化后的電池阻抗模型能夠較好的模擬電池的動態(tài)特性,并且具有