电动汽车动力锂离子电池建模与仿真研究.pdf

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1、第1期电源学报No.12012年1月JournalofPowerSupplyJan.2012电动汽车动力锂离子电池建模与仿真研究肖蕙蕙，王志强，李山，余雷(重庆理工大学电子信息与自动化学院，重庆400054)摘要：为了更加准确的研究电动汽车动力锂离子电池的性能，提出了一种改进的等效电路模型，该模型考虑了已有电池模型没有考虑的三个因素：温度、老化、循环次数。在Matlab/Simulink中建立仿真模型，研究了温度、老化和循环次数对动力锂离子电池输出特性的影响。关键词：动力锂离子电池；等效电路模型；

2、建模；Simulink中图分类号：TM911文献标志码：A文章编号：2095-2805（2012）01-0041-04引言拟由于电池循环使用造成电池内阻的增量。该模型中其他电路元件物理含义是：RSeries为电池本身的内出于对能源和环境的考虑，电动汽车在各国政阻，模拟电池输出电压瞬时压降；ibatt为电池负载电府和汽车制造商的推动下得到了较快的发展，其中流，用电流源来模拟；Rself_discharge和Rcap_fade与Ccapacity并联来模拟电池自放电、电池容量修正因子和电池实实现“零排

3、放”的纯电动汽车成为了电动汽车的重要发展方向。而动力电池作为电动汽车的动力源，际容量；Rtransiant_S,Rtransiant_L模拟极化电阻，Ctransiant_S和动力电池性能的好坏将对电动汽车的性能造成直Ctransiant_L模拟极化电容，在模型中组成两个RC电路[3，4]接的影响。由于锂离子电池具有高能量密度、高工模拟电池的瞬时响应。作电压和循环寿命长等优良性能将成为新一代电动汽车的理想动力源。对电池性能进行研究首先应该建立电池模型，电池模型是电池状态估算、性能分析、科学评价和高

4、效使用的基础，是从电池外部特性到内部状态的桥梁，历来受到研究人员的重视[1]和广泛关注。图1动力锂离子电池等效电路模型1动力锂离子电池建模分析该模型是在原有的等效电路模型上加入了循本文提出的动力锂离子电池等效电路模型见环电阻Rcycle，同时考虑了温度、老化和循环次数这图1所示，这个模型包含了两个单独的电路，它们三个因素的影响。因为温度对电池剩余容量的影响之间是通过电压控制电压源和电流控制电流源联较大，随着温度升高，动力锂离子电池的放电容量系起来的。其中一个电路表示电池的容量、自放电、增加，反之则

5、下降。随着动力锂离子电池的老化，电容量衰减，另一个电路用两个串联电阻和两个RC池的实际容量在逐步衰减。由于动力锂离子电池循电路表示电池内阻和瞬时响应。该电池模型是在文环内阻与它本身的循环次数成正比关系。动力锂离献[2]的基础上增加了一个串联电阻Rcycle，用它来模子电池的容量损失分为可逆容量损失和不可逆容量损失，可逆容量损失在电池经过充电时可以自行收稿日期：2011-09-27恢复，而不可逆容量损失经过充电是不可能自行恢基金项目：重庆市教委科学技术研究项目（KJ110817）42电源学报总第39

6、期不同温度对动力锂离子电池电势的修正表温度（℃）-20-1002345修正值ΔE（T）（V）-0.46-0.32-0.1400.24由表1可以看出，选取23℃作为参考温度，随着温度的升高，动力锂离子电池的电势修正值逐渐增加，当温度高于23℃时，动力锂离子电池的容量修正值为正值，反之为负值。2动力锂离子电池仿真实验2.1Simulink仿真模型通过上述建立的动力锂离子电池模型，在Matlab/Simulink中搭建仿真图研究了动力锂离子电池的输出特性。搭建的仿真图见图2所示，该仿真图包含了SOC计算

7、模块、循环次数、温度修正模块、开路电压计算模块、内阻抗计算模块和等效内阻模块。其中，荷电状态SOC把荷电状态SOC计算模块与开路电压计算模块和内阻抗计算模块联系起来，第1期肖蕙蕙，等：电动汽车动力锂离子电池建模与仿真研究43循环次数模块和内阻抗计算模块经过组合形成了图4是在电池容量为1.8Ah、放电倍率为0.1等效内阻模块。C、循环次数为10次的条件下，分别在-20℃，0℃，23℃和45℃对动力锂离子电池进行放电的曲线，由图4可以看出，温度越高，动力锂离子电池放电时的起始电压越高，反之则越低。由此

8、还可以看出0～23℃范围内，温度对动力锂离子电池起始输出电压影响很小，在超出0～23℃范围放电，温度对动力锂离子电池的起始输出电压有很大的影响，在进行实验时必须要考虑温度的因素。2.2仿真结果根据前面所搭建的改进动力锂离子电池等效电路仿真模型，分别在不同放电倍率、不同温度和不同循环次数下进行仿真得出的仿真结果如图3所示。图5是在电池容量为1.8Ah、放电倍率为0.1C、温度为23℃的条件下，分别仿真动力锂离子电池在不同循环次数下，动力锂离子电池的输出特性，从仿真图可以看出，随着循环