LiFePO4动力电池二阶RC模型参数的研究

随着环境污染和能源匮乏的加剧,作为目前最理想的储能新能源锂离子电池越来越引起人们的关注。尤其LiFePO4电池以其优越的性能更被认为是最具潜力的动力电池。在LiFePO4电池应用中,其荷电状态(SOC)的正确估算直接关系到电池系统的性能、寿命和安全。本文针对当前LiFePO4电池二阶RC模型和算法中未系统考虑环境温度、工况和自身状态的缺陷,在分析LiFePO4电池的电极组分、结构和电化学过程的基础上,通过脉冲法实验研究开路电压、欧姆内阻、极化电阻和RC极化回路时间常数等模型参数随环境温度、充放电电流以及LiFePO4电池自身荷电状态的变化规律,建立了完整的模型参数与环境温度、充放电电流以及LiFePO4电池自身荷电状态的函数关系。此外,本文还研究了LiFePO4电池库仑系数随环境温度和充放电倍率的变化规律,得到LiFePO4电池库仑系数与环境温度和充放电倍率之间的函数关系。并将充放电倍率分段,采用最小二乘矩阵法对卡尔曼滤波算法的的噪声系数进行修正。最后,通过编程将修正后的模型参数函数关系植入扩展卡尔曼滤波算法,在MATLAB环境下对电流、温度和噪声系数三个系列进行了SOC计算仿真。得出的仿真结果与商业化的电池测试系统相比其最大误差小于2%,比未经参数修正的扩展卡尔曼滤波算法的计算结果有明显改善。从而验证了本文研究结果在实践上的可行性,能适应各种工况、环境温度和LiFePO4电池自身状态下的SOC精确估算,且可进一步提高扩展卡尔曼滤波算法的滤波效果。