【电池的主要电气性能参数综述5600字】

电池的主要电气性能参数综述 1 1 2 3 4 4 5 7 9电池组的性能主要取决于单体电池的性能和参数，而锂离子电池充放电最大可承受电流、最大功率等众多参数来表征电池的内部工作状态和外部特性。本章首先对电池的内部特性参数和性能状态参数进行介绍，明确了与电池实际应用直接相关的性能指标和状态参数，包括电池的健康状态SOH、功率状态SOP以及荷电状态SOC。根据研究需求，建立了电池的二阶RC等效电路模型，并提出了各性1.1电池的主要电气特性指标根据国家行业标准中规定的锂离子电池技术要求，锂分为外观、安全特性以及电气特性三大类，本文主要就电气特性类的筛选指标进行分析，而电池的众多电气参数又分为两大类：内部特性参数和性能状态参内部特性参数主要反映的是电池在工作时，其内部的状态及特性；性能状态参数主要反映的是电池当前可提供的功率大小或容量的多少等使用者较为关心的电气性常用的磷酸铁锂(LiFePO₄)电池是一种典型的化学电池，其基本工作原理为锂正极材料负极材料在锂离子电池使用和研究过程中，通常以锂离子浓度、电子扩散系数、电极面积、扩散层厚度等参数描述特性，而锂离子电池内部的电气特性通常以OCV开路电压指电池在开路状态下，正极和负极之间的电压，其大小与电池当前的剩余电量有密切的关系。在一定的条件下，OCV与电池的SOC具有较定的对应关系，通常被看作SOC的函数，也可用OCV-SOC曲线表示[121,因此开路电压在特定条件下可以反映电池的当前荷电状态。电路电压，而放电时其工作电压则低于开路电压。当电池2、内阻内阻反映的是电流在流过电池内部时所受到的阻力，电池的内阻包括欧姆和极化内阻。其中欧姆内阻主要是由于电池内各部分材主要是由电池的老化程度和自身的结构以及工艺定律，欧姆内阻的压降在电流结束后立即消失。极化内阻由电化而浓差极化主要由带电粒子在电解液中扩散的迟缓性化内阻和浓差极化内阻均为非线性电阻，其大小会随电流变化而变化，其中电化学极化内阻在电流结束后会以微秒级的速度结束，而浓差极化会甚至几十秒才结束。因此在电池等效电路模型里常常用一个电阻与电电池的性能指标及状态参数是与电池的使用直接相关的电气参数，主要包池的实际可用容量、最大功率、荷电状态等，其中在对电池进行评价时，通常以健康状态SOH和功率状态SOP来描述电池的容量特性和功率特性，其具体定义如下：电池的标称容量通常指电池出厂时在环境温度20±5℃条件下以1C电流进行恒流充电至上限截止电压后转为恒压充电，直至电流小于0.05C时停止充电，并在荷量，其单位为Ah。电池的标称容量一般由电池生产厂家提供。2、当前容量C指电池经历老化后，在当前状态下以标准条件充电至上放出的电荷量，其大小会随电池的老化程度加深而减小，是电池重要的老化程度评4、空余容量Q指电池在当前可充入的电荷量，其单位为Ah。电池的剩余电荷量Q,与空余容量Q和电池的容量C存在以下关5、荷电状态SOC电倍率下，剩余电荷量与相同条件下的容量之4于80%时，续驶里程不再能够满足用户的出行需求，将会更换退役。7、功率状态SOP(峰值功率Pmax)电池的SOP指电池在当前SOC、温度下进行10s放电/充电至截止电压的功率，与之对应的电流即为最大可承受电流Imax,峰值功率反映了电池当前可提供的最大在上述众多参数中，电池的荷电状态SOC、健康状态SOH、功率状态SOP是也是电池的主要性能评价指标，分别反映了电池的容量特性与功率的健康状态SOH、功率状态SOP以及荷电状态SOC为分析对象，对电池组的一致1.2电池的性能指标及状态参数的计算方法1.1.1荷电状态SOC的计算方法电池的荷电状态是电池重要的状态参数，荷电状态的大小反映了电池当前准确性直接影响电池的寿命甚至系统安全，常用的估算方法包括卡尔曼滤波法、人1、Kalman滤波法2、人工神经元网络法神经元网络一种是由大量处理单元组成的一种自适应信息处理系统，该算法不但具有数据处理能力，还可以根据数据信息进行自适应自学习，非常适合于动态非3、安时积分法义出发，对电池充放电过程中的电流对时间进行积分，获得SOC的变化量，再与电流数据即可计算出电池的荷电状态，不涉及电池其他参数，其算法简单并且对数根据SOC的定义式(2-2)可知，SOC的变化量△SOC为：将公式(2-6)和(2-7)代入公式(2-5)即可求得电池的荷电状态SOC电池的健康状态属于静态参数，其随时间变化较慢，在本文分析过程中认为健康状态为定值，只需在需要时进行一次测试即可，首先对电池获得电池的当前容量后根据健康状态的定义公式(2-3)计算得到电池的当前健康状1)1/3C电流放电至下限截止电压，静置1h;2)1/3C电流充电至上限截至电压，转入恒压充电模式，电流小于3A时停止充电，静置1h;3)1/3C电流放电至下限截止电压，记录放电安时数，静置1h;4)步骤2)、3)循环执行3次，将3次放电的放电量求平均值，即为该单体的图2-2为容量标定时的电流电压曲线，图中蓝色曲线为电流数据，橙色曲线为3.3360在容量标定后，获得电池的当前容量C,代入健康状态SOH的定义式(2-3)本文所选的8节磷酸铁锂电池的标定结果如图2-3所示从容量标定结果可以看出，各单体当前容量已经出现明的容量已经衰减至额定容量的50%左右。电池的功率状态定义为电池从当前状态进行10s充电或放电至截止电压的功率，亦称为电池在当前状态的峰值功率。测试最大功率的主要思路是通过给电池以一定大小的电流进行10s充电或放电，通过改变电流大小，不断测试，直至电池在10s时恰好达到截止电压。但是实际操作时，需要不断调整电流大小，难以精准的控制电流使电池恰好在10s时达到截止电压，并且在测试过程中，电流过大不可避欧盟、日本、美国都对动力电池最大功率测试有不同的要求。31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分高功率应用测试规程》[151和《GBT31467.2-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分高能量应用测试规程》[16中也有关于10s功率的测试方法，其主要方案为：以电造商规定的最大允许放电电流进行10s放电，测量放电结束时的电池端电压U¹0s,进行10s放电结束时的电池端电压。该方法测量最大功率所用的最大电流实际上是电数据，并非电池在当前状态下的真实最大可承受电流，电池的功率其实是和电池内部的荷电状态，内阻等参数是有关系的，为得池的电池组中各单体的SOP,本文考虑通过电池的内部参数对电池的功率状态进行假定电池在SOP测量过程的10秒内OCV保持不变，则电池的伏安特性曲线如图2-4所示。Ic和I,分别为充电电流和放电电流，Rc和R,分别为充电内U¹0s为电池10s脉冲结束时的端电压，对于最大电流的计算而言，U¹0s即为电由公式(2-10)、(2-11)可求得电池的最大充放电电流如下：放电极化电压N极化电压N8为验证上述观点，以1#电池为例，将电池参数代入MATLAB中进行仿真，上图所示为1#电池的极化电压在0.5SOC点200A电流充电时的动态响应仿真曲线，由上图可以清晰地看到在电流脉冲的前10s,电池的极化电压还未达到平衡状态。为准确的获取电池的实时开路电压、内阻等内部参数，需要借助能1.3锂离子电池等效电路模型电特性展开研究，主要考虑使用电化学模型或等效电路模型。但是电化学模型的偏微分方程表达式比较复杂，参数辨识算法复杂且计算量较大，用在内部参数与性的数学模型分析中极不方便，而等效电路模型能够很好的模拟电池的电特性，而等效电路模型是以电池的工作原理及电特性为基础，用电子元器件如型，并且表达式中的参数有实际的物理意义，特性。常用的等效电路模型主要有Rint模型、Thevenin模型和二阶RC电路模型：阻串联组成，其电路结构如图2-6所示(3)二阶RC电路模型二阶RC电路模型为Thevenin模型的拓展，电路RC环节越多，越能更准确的反映出电池复杂的极化过程，但随着模型阶数的增加，计算量和计算难度也随之增行研究时得出结论，电池模型在2~5阶时RC网络的误差较小。因此，在对电池的研究中，通常选择精度更高，计算较为简便的二阶RC电路模型进行计算。其中，Rp和Cp构成的第一个RC环节，描述电池的电化学极化；R和CB描的原理分析中，但无法反映电池的动态特性，