简谈耐久性纯电动汽车磷酸铁锂电池性能设计

论文导读：减小误差累积。采取这一SOC-OCV曲线簇策略进行SOC初值校准，在SOC小于40%或大于70%的区间上，其精度在5%以内，而在40%至70%的区间内，精度在15%以内。论文涉及的实验策略和主要结论对于混合动力汽车及其他类型的锂离子电池也具有一定的通用性。关键词：电动汽车论文磷酸铁锂电池论文耐久性论文因素耦合论
摘要：高安全性、长循环寿命的磷酸铁锂电池在纯电动汽车上得到了广泛运用，磷酸铁锂电池性能探讨是搭建动力电池管理系统（Battery management system, BMS）必需的基础工作之一，对提升纯电动汽车的安全性和经济性具有重要作用。本论文主要探讨了磷酸铁锂电池的基本性能、多应力加速下的循环耐久性以及估算电池荷电状态（State-of-charge, SOC）的主要策略。电池主要基本性能参数如容量、内阻、开路电压（Open-circuit-voltage, OCV）等随环境与工况的变化呈现高度的非线性。在电池基本性能探讨中，首先，通过稳态放电实验探讨了电池容量与电流倍率等因素的联系；其次，利用阶跃法探讨了电池不同SOC下的充放电欧姆内阻和极化内阻；再次，实验得到了电池的开路电压曲线，并探讨了获取稳定开路电压曲线的合理实验策略；最后，探讨了不同环境温度对电池容量、内阻和开路电压等参数的影响。在电池耐久性探讨中，建立了电池寿命预测模型。该模型全面考虑了电池寿命的多个影响因素，如环境温度、放电倍率、放电截止电压、充电倍率和充电截止电压等，通过对照实验，证实了因素间耦合性的有着，得到了耦合强度与应力水平的联系，浅析了不同应力水平下的耦合性对寿命衰减的影响程度。进而，提出了基于耦合强度判断和多因素输入的寿命建模策略，并基于模型的因素敏感性浅析了各因素对电池寿命影响的权重。在循环进入稳定衰减期后，这一考虑了因素间耦合性的耐久性模型对电池寿命的预测误差达到15%以内。在电池SOC估算策略的探讨中，分别利用了模型算法和改善的安时积分策略。直接利用模型算法的估算结果波动过大，结合卡尔曼滤波等递归算法一并利用可取得稳定的SOC估算结果。将多因素标定的SOC-OCV曲线簇替代传统的单一曲线用于校准安时积分策略中的SOC初值，可显著提升其校准精度，扩大策略在SOC区间上的适用范围，并提升初值校正的频率，减小误差累积。采取这一SOC-OCV曲线簇策略进行SOC初值校准，在SOC小于40%或大于70%的区间上，其精度在5%以内，而在40%至70%的区间内，精度在15%以内。论文涉及的实验策略和主要结论对于混合动力汽车及其他类型的锂离子电池也具有一定的通用性。关键词：电动汽车论文磷酸铁锂电池论文耐久性论文因素耦合论文OCV曲线簇论文
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Abstract5-10
第1章 引言10-35

1.1 电动汽车的研发与大规模商业化10-19

1.1 电动汽车的研发10-11

1.2 纯电动汽车的产品化与商业化11-13

1.3 纯电动汽车大规模商业化专题不足探讨13-19

1.2 动力电池的研发概况19-25

1.2.1 动力电池分类及其研发内容19-22

1.2.2 磷酸铁锂电池的结构原理与探讨近况22-25

1.3 探讨目的、对象与内容25-28

1.3.1 探讨目的25

1.3.2 探讨对象25-26

1.3.3 探讨内容26-28

1.4 文献综述28-35

1.4.1 磷酸铁锂电池耐久性模型探讨28-33

1.4.2 磷酸铁锂电池 SOC 算法探讨33-35

第2章 磷酸铁锂电池基本性能探讨35-53

2.1 磷酸铁锂电池的容量特性35-38

2.

1.1 电池容量与放电电流的联系36-37

2.

1.2 电池容量与充满程度的联系37-38

2.2 磷酸铁锂电池的内阻特性38-41

2.1 磷酸铁锂电池内阻实验策略38-40

2.2 磷酸铁锂电池的内阻特性40-41

2.3 磷酸铁锂电池的开路电压41-46

2.3.1 插值法获取 SOC-OCV 曲线41-42

2.3.2 静置法获取 SOC-OCV 曲线42-44

2.3.3 开路电压 OCV 与电池 SOC 的联系44-46

2.4 磷酸铁锂电池的温度特性46-51

2.4.1 环境温度对电池容量的影响46-47

2.4.2 环境温度对电池内阻的影响47-49

2.4.3 环境温度对电池开路电压的影响49-51

2.5 本章小结51-53

第3章 磷酸铁锂电池耐久性实验与建模探讨53-83

3.1 电池耐久性实验案例设计53-59

3.

1.1 加速寿命实验与加速模型53-54

3.

1.2 多因素模型及因素间耦合性54-56

3.

1.3 电池耐久性总体实验案例56-59

3.2 电池耐久性实验测试59-68
3.

2.1 单因素实验59-62

3.

2.2 双因素实验62-68

3.3 耐久性实验结果浅析68-72

3.1 电池的容量与内阻变化规律浅析68-70

3.2 耦合性验证实验结果浅析70-71

3.3 耦合强度规律浅析71-72

3.4 考虑因素间耦合性的多因素耐久性模型72-79

3.4.1 耐久性建模历程72-76

3.4.2 模型参数辨识与精度验证76-79

3.5 耐久性模型的因素敏感性浅析79-81

3.6 本章小结81-83

第4章 磷酸铁锂电池荷电状态估算策略探讨83-123

4.1 用于 SOC 估算的两类电池模型及其辨识83-101

4.

1.1 电化学机理模型83-95

4.

1.2 PN 非线性电路模型95-101

4.2 基于电池模型算法的 SOC 估算101-105
4.

2.1 利用模型算法直接估算电池的 SOC101-103

4.

2.2 模型结合卡尔曼滤波算法进行电池的 SOC 估算103-105

4.3 安时积分策略估算电池 SOC 及其校正策略105-122
4.

3.1 满电校正的误差浅析106-109

4.

3.2 OCV 校正的论述基础浅析109-113

4.

3.3 SOC-OCV 曲线簇标定及其校正效用浅析113-117

4.

3.4 电池可用容量校正117-119

4.

3.5 安时积分策略校正流程图及初值误差浅析119-122

4.4 本章小结122-123
第5章 总结123-126
参考文献126-133
致谢133-135
个人简历、在学期间发表的学术论文与探讨成果135-136