LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极锂离子电池均衡技术以及SOC估算的研究

摘要

电池荷电状态(SOC)估算和均衡是动力电池组控制及自动管理的核心，准确的SOC估算是保证电池组稳定可靠的基础，而性能好的均衡方法可以大幅度提高电池组的能量利用率。本文以LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(523)锂离子电池为实验研究对象，首先进行并联成组循环放电测试，其次探究锂离子电池的SOC估算方法，最后进行电池组均衡方法的分析，具体内容如下： (1)通过搭建恒流电子负载和数据采集装置实现对并联电池组放电数据的采集，通过循环放电试验表明：针对本实验平台，各支路电流的分布受电池与电池座之间接触电阻的影响较大，通常情况下，接触电阻越大所对应的支路电流越小，以至于电池的端电压相比而言更大；在循环后期，衰减最多的电池由于容量降低和充不满，其所在支路的电流会一直维持较低的水平；并联方式由于会增加衰减较多的电池的放电区间，而减少衰减少的，因此该种连接方式会加大电池的不一致性。 (2)分析了算法中额定容量和内置OCV(开路电压)-SOC曲线变化对算法估算结果的影响。可以发现，随着电池循环衰减，H-infinity的估算误差可以超过15%，并且考虑到电池容量的变化速度以及程度要大于OCV-SOC曲线，所以额定容量对算法估算造成的偏差影响巨大。提出了基于历史数据反向递推的改进算法，从而可以实现在线更新算法内部的各电池参数，改进后的H-infinity估算方法在电池第250次循环的估算误差依然保持在3%以内，而采用SMO(滑模观测器)估算方法将使结果误差在4%左右波动，并且对初始SOC偏差的收敛速度要明显低于本文的改进方案。 (3)通过MATLAB/SIMULINK对523锂离子电池建模，以24节12Ah电池串联作为均衡研究对象，重新设计了均衡性能指标，即有效能耗比ue。相比均衡效率η，可以体现各种非能量转移型均衡方法之间的性能差异。基于目前采用较多的完全旁路均衡方案1提出了基于冗余电池均衡的方案2和基于电池重组均衡的方案3。仿真结果表明：方案2可以使ue值达到0.99，虽然放电结束时的电池之间的一致性比方案1差，但由于更高的ue，采用6Ah冗余电池的方案2放电时间依然要比方案1长；基于重组的均衡方案3极大地提高了电池组的能量利用率，比方案1续航时间多出35s，并且电枢电阻上的能量损耗比在没有均衡下还要少，但该种均衡方案要求电池先串后并成组，连接方式的可靠性不高并且无法提高电池组的使用寿命。

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