锂离子动力电池建模与优化充电策略研究

摘要

随着动力电池等技术的不断完善，新能源汽车及其相关技术越来越成熟。由于人们生活观念的改变与不断革新的技术水平，以锂离子动力电池为能源的新能源汽车在未来很可能取代燃油汽车成为交通运输的主要工具。其中锂离子动力电池由于其比能量高，循环寿命长等优点如今成为新能源汽车主要的能量来源之一。但是锂离子动力电池仍然存在诸如充电耗时长，热稳定性差等缺点。除了对电池本身化学结构的改进，优化充电策略仍然是改善充电性能的重要途径。鉴于此，本文在详细的分析了多段恒流充电策略的基础上提出了一种自适应电流充电策略。并且建立了准确的电池模型用以模拟充电过程以及计算充电损耗。　　(1)本文提出了一种改进的锂离子动力电池等效电路模型参数拟合策略，并对传统的等效电路模型进行了改进。传统的参数拟合方法为非线性最小二乘法，这种方法的拟合效果并不理想，拟合结果不稳定而且不能根据数据特点最大限度减小误差。本文利用遗传算法设计合理的目标函数优化拟合过程，并提出了用附加电阻来表示极化效应中变化最为迅速的部分对模型进行了改进。结果表明所提出的拟合方法和改进模型的拟合效果与传统拟合方法、传统模型相比具有较高的拟合精度。　　(2)本文对基于SOC分段的多段恒流充电策略进行了详细的分析，利用NSGA-III算法对多段恒流充电策略中每个阶段的电流进行寻优，通过评估相关项和控制实验条件将目标函数定为充电损耗与充电时间。通过在最优前沿上取等距点进行充电实验并于梯度电流的CC-CV法进行对比的方法寻找最佳的充电组合，结果表明所确定的充电组合与CC-CV法相比能够在相同的充电容量下降低电池温升和损耗。　　(3)保留多段恒流充电策略的优势，根据动力电池内阻变化的特点力求充电策略最简，本文在对基于SOC分段的多段恒流充电法进行充分研究的基础上对其进行改进，提出了一种自适应电流充电策略。首先对CC-CC-CV充电模式进行了分析，在此基础上对其第一个恒流阶段通过增加分段数的方式实现电流的自适应，更好的改善充电性能。最后通过对比实验表明这种自适应电流充电策略可以显着降低欧姆损耗，随着平均充电电流的增加这种优势越来越明显。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 动力电池及其充电策略研究现状

1.2.1 动力电池性能测试及模型建立

1.2.2 动力电池充电策略的研究现状

1.3 论文的主要内容

第 2 章 锂离子动力电池性能测试及建模

2.1 锂离子动力电池电池性能测试

2.1.1 静态容量测试

2.1.2 OCV-SOC 曲线

2.1.3 最大可接受电流

2.1.4 梯度温度及脉冲电流下的 HPPC 测试

2.2 锂离子动力电池建模

2.2.1 锂离子动力电池等效电路模型

2.2.2 参数拟合结果分析

2.2.3 锂离子动力电池 EIS 测试

2.3 本章小结

第 3 章 锂离子动力电池优化等效电路模型

3.1 传统拟合策略存在的问题

3.2 改进的模型与参数拟合策略

3.2.1 改进的等效电路模型

3.2.2 基于遗传算法的参数拟合策略

3.3 拟合结果与分析

3.4 本章小结

第 4 章 基于 NSGA-Ⅲ的多段恒流充电策略

4.1优化充电原理与实验设计

4.1.1 基于 SOC 分段对电池损耗的影响

4.1.2 多段恒流充电实验设计

4.2 NSGA-Ⅲ算法

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第 5 章 锂离子动力电池自适应充电策略

5.1 自适应电流充电策略基本原理

5.1.1 CC-CC-CV 充电法

5.1.2 自适应电流充电法

5.2 实验结果与分析

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

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