纯电动汽车用磷酸铁锂电池的模型参数分析

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1、纯电动汽车用磷酸铁锂电池的模型参数分析[摘要]鉴于纯电动汽车用磷酸铁锂电池在不同荷电状态下的电池特性差异较大，传统参数辨识方法得到的电池模型参数拟合精度较低。本文采用电化学阻抗谱来分析等效电路模型参数，以研究电池的电压特性和动态功率特性，通过综合分析实际充放电条件的主要特征来提取电池典型的参数辨识工况，并利用粒子群优化算法分析模型参数。在不同温度和使用区间的验证表明该方法的精度较高，为磷酸铁锂电池的进一步研究提供依据。关键词：磷酸铁锂电池；等效电路模型；参数辨识；粒子群优化ModelParametersAnalysisofLithiumIronPhosphateBa

2、tteryforElectricVehicle[Abstract]Inviewofthatthefittingaccuracyofbatterymodelparametersobtainedbytraditionalparameteridentificationmethodisrelativelypoorbecausethecharacteristicsoflithiumironphosphate(LiFeP04)batteryforpureelectricvehiclesignificantlydifferatdifferentstatesofcharge,the

3、parametersofequivalentcircuitmodelareanalyzedbyusingelectrochemicalimpedancespectroscopytostudythevoltageanddynamicpowercharacteristicsofbatteryinthispaper.Bycomprehensivelyanalyzingthemainfeaturesofpracticalchargeanddischargeconditions,thetypicalparameteridentificationworkingmodesofba

4、tteryareextractedandthemodelparametersareanalyzedwithparticleswarmoptimizationalgorithm.Thevalidationatdifferenttemperaturesandusageintervalsshowthattheaccuracyoftheschemeisratherhigh.Thisprovidesabasisforfurtherinvestigationintolithiumironphosphatebattery.Keywords:lithiumironphosphate

5、battery;equivalentcircuitmodel;parameteridentification;particleswarmoptimization前言国内外关于锂离子电池性能的研究已较为深入，由于电动汽车仿真技术的需要，研究人员设计了大量等效电路模型(equivalentcircuitmodel，ECM)，等效电路利用电路网络来描述电池的电压特性，常常用于电动汽车整车动力系统仿真和电池系统功率与能量的预测。但是由于动力电池具有复杂的电化学特性，当电池工作在不同荷电状态和温度条件下，电学模型的参数会发生变化。当电池容量衰退和性能老化后，电学模型的参数也会

6、发生较大改变，因此很多学者通过建立不同状态下的参数列表来实现电池管理系统的控制。为掌握电池的衰退机制并进行电池寿命预测，一方面需要分析动力电池内部正负极和电解质等化学材料的性能和结构改变带来的影响，另一方面需要研究准确表征电池电压特性和动态功率特性的参数估计方法。通常认为电池寿命的影响因素主要有环境温度、充放电制度和循环老化条件。综合各影响因素得到的电动汽车模拟工况测试序列常用于动力电池的性能测试和寿命评价，因此在实际使用工况条件下进行模型参数辨识，并对比分析参数在恒流和多种复合功率脉冲制度下的估计精度，建立同时满足电池动态性能分析和化学性能分析要求的模型分析方法对

7、动力电池的充放电性能评价具有十分重要的意义。1等效电路模型的选择电化学阻抗谱(electrochemicalimpedancespectroscopy，EIS)是一种频率域的测量方法，利用频率范围很宽的阻抗谱来研究电极系统，因而能比其他方法得到更多的动力学和电极界面的信息。在大多数充放电频率较低的情况下，利用电阻电容等元件组成电路网络来描述电池的工作特性具有较高精度，元件串并联得到的电路模型通过查表可以较好地表征电池在不同使用条件下的电学性能。常用的ECM如图1所示。由于磷酸铁锂电池的电极反应十分复杂，具有很宽的电压平台和严重的两端极化。所以利用传统的参数辨识方