lifepo4电池soc-ocv实验可行性方案报告

LIFEPO4电池SOCOCV关系建立实验计划一、概述LIFEPO4电池本身就是一个结构复杂而又非线性的系统，由于各个厂家加工工艺的不同和材料本身的不一致性导致目前还未有一种方法能够非常准确的通过开路电压来计算SOC。这里介绍的是一种比较方便的方法来建立SOC和OCV的近似函数关系。我们通过理解电池的近似线性模型，利用最小二乘法对实验数据经行曲线拟合并在MATLAB中结合电池模型建立SOCOCV的曲线。关键词最小二乘法、曲线拟合、OCV、SOC二、实验21实验目的及必要性在电芯一致性无法从根本上改变（PACK厂商端），配对技术仍需改进的现状下，我们通过建立LIFEPO4电池SOCOCV关系，可以清晰的看出电池荷电状况和开路电压的关系，从而方便对电池模组或PACK中出现电池单体电压过低或过高的情况进行单个电池的充放电行为，无需反复启用PACK的BALANCE系统，既减小了人力缩短了投入时间又节省了资源，当然对我们后续研究整车电池RSOC系统算法也具有一定意义。22实验对象及干扰排除该实验采用的电芯J为比克公司生产的型号为BAK36800FE，工作电压32V，标称容量68AH功率型电芯，采用精度为千分之一的单体电池充放电机（L757）和恒温试验箱，SOC数据采用L757LOGDATA，用MAX100记录电池OCV。为了使实验结果更具有说服力（即实验数据更接近理论值），我们必须严格管控实验温度，和控制设备数据采集精度、量测时噪声的大小（当然噪声干扰是不可避免的），若时间允许我们可以经行多倍率和不同温度的信息采集。当然就本实验而言只采用SPEC中的标准充放电电流和恒温25摄氏度条件经行实验。23实验步骤K231实验数据记录首先在设定温度下的恒温箱中对选用电池经行一次的充放电L，静置不低于12小时，读取MAX100LOG电压值，这里设记录数据为Y0；再给电池充电至10的SOC，静置不低于12小时，读取MAX100LOG电压值，设记录数据值为Y1；按照上述步骤依次以10的SOC间隔对电池经行充电，每次充电结束后的静置时间都应不低于12小时，并记录每次的电压数据值。这样在最后依次充电结束后，我们会得到如下数据，SOC（）0102030405060708090100OCV（V）Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10232实验数据分析及处理先要对LFP电池充电曲线有一定的了解，然后再对数据经行处理。例如，LFP在充电初期电压有阶跃式上升区，SOC介于5到95基本处于电压的平缓区M（即我们所指的电压平台），该阶段电压变化不大，充电后期会出现另一个电压跳变区。有分析指出锂离子电池的充放电动态电压曲线和开路电压曲线走势接近，那么我们就可以大胆假设放电OCV的曲线在SOC从0100出现了两次拐点。这一点假设对我们的数据处理很重要，它决定我们在用最小二乘法拟合曲线时选用多项式函数的阶次。这里我们先假定一组OCV数据N为我们实验量测数据如下，SOC（）0102030405060708090100OCV（V）2533262337113403334198342943436834458345733475635258通过在MATLAB中调用POLYFIF函数指令P，对数据组经行曲线拟合，具体拟合步骤和结果如下，在MATLAB命令窗口输入SOC010100；OCV25,33262,33711,34033,34198,34294,34368,34458,34573,34756,35258；P3POLYFIT（SOC，OCV,3）；PLOTSOC,OCV在FIGURE1窗口会显示拟合结果如下，当然也可以在拟合过程中可以加入2次、4次和10次的拟合结果和其做对比具体结果和差异比较如下，三、实验结果及误差分析通过曲线拟合Q，我们得到了SOC与OCV的函数曲线，从而可以得出他们的函数关系式，进而可以根据SOC去读出OCV也可以根据OCV去判断电池的荷电状态，当然亦可以通过压差算容量差，或者容量差算电压差等。当然该实验结果相对比较局限，因为随着选用的电池厂商、电池容量及所用充放电倍率、环境噪声等因素的不同，测试结果会存在波动，并且由于该试验持续时间较长（1个月左右），未考虑电池自放电因子，试验结果也会出现偏差，后续看是否可以在LOG数据中计入电池自放电造成的容量、电压损耗，试验结果更加精确则需要后续长期试验数据的累积。总体看来该实验结果可以直观反映LFP电池开路电压和电池荷电状态的关系，可以应用到工程工作中。J当然这里所选用的电芯不一定要是BAK36800这一款电芯，只要是国内知名电芯企业经过认证过的LFP电芯即可。K这里实验步骤中略去了放电状态下OCV和SOC的关系，当然也是要做的，实验步骤基本一致。L这里对电池经行一次充放电是指标准条件下（SPEC中指定标准充放电条件）先对电池进行放电，然后充满，再放空，计算放空容量作为我们实验的依据之容量。M这里需要指出的是，LIFEPO4实际上的电压平缓区范围比SOC为595要广，那么电池在05和95100之间拟合出来的曲线可能会和实际曲线不吻合，这一点需要所用者注意，那么我们在用实验结果时应该尽量避开SOC在010和90100这两个区间。N这里我所假定的数据来源于星恒40AH电芯充电LOG数据档（我暂用动态电压代替OCV，至于为何可以这样代替，正文有讲到），从我们通过曲线拟合得到结果和星恒提供的LOG数据图档对比后可以看出，实验拟合结果还是相对准确的。P这里简单说一下POLYFIT指令，它可以实现离散数据组的曲线拟合，这里我们只需要调用它不必考虑数据拟合是怎样实现的（数学算法MATLAB内部已经帮我们做好了），就可以很方便实现曲线的拟合了。Q其实在通过MATLAB对数据经行处理时，我们可以选用插值法或者基于最小二乘法的曲线拟合两种方法，但是由于我们测试系统的非线性和数据采集过程中存在误差，这里我们使用后者。插值要求所测试的数据点都经过理论曲线而后者则不需要，具体数学算法这里不作介绍。附录星恒40AH电芯倍率充电曲线（这里我们只关注1C充电曲线），40AH磷酸铁锂常温充电倍率222242628332343638405