锂离子电池串并联成组优化研究

动力锂离子电池具有标称电压高、比能量大、充放电效率高及寿命长等优点,现阶段广泛应用在电动汽车及电池储能等领域,电池成组应用技术逐步成为研究热点。本文以锰酸锂和磷酸铁锂电池为研究对象,主要针对电池单体及成组模型仿真与电池成组优化分析两个方面展开研究,具体研究内容和成果如下： (1)选取单体电池Thevenin等效电路模型,利用Arbin电池测试设备及其数据采集系统进行电池容量、OCV-SOC线等电池测试实验并辨识电池模型参数,利用Matlab/Simulink平台搭建单体电池Thevenin等效电路仿真模型,单体恒流充电与DST工况实验验证了仿真模型的精度。 (2)分析了并联电池组的基本等效电路,列写了计算机求解并联支路电流的矩阵表达式,提出了并联支路极化电压迭代计算方法,基于单体电池Simulink仿真模型和并联电池组等效电路拓扑结构搭建并联电池组仿真模型,通过电池参数识别实验辨识了并联电池参数,实验室搭建并联电池组实验平台,完成了并联支路欧姆内阻差异、并联支路容量差异、并联支路初始SOC差异的实验与仿真并针对支路参数不一致初步分析了并联电池成组优化应用方法。 (3)针对串联电池组建立了三种串联电池组的计算机仿真模型并进行对比分析,在实验基础上识别单体电池以及串联电池组参数,串联电池组充放电实验的仿真结果说明了将串联电池组等效为一个电池的误差最大。进一步结合电池参数数理统计提出两种实现大规模串联电池组仿真的方法,即基于组合建模方法与数理统计的串联电池组仿真和基于简化建模方法与数理统计的串联电池组仿真。通过16模块串联的电池组实验验证了仿真模型的精度,该方法为电动汽车整车仿真、电池储能系统的实时数字仿真提供了有效手段。 (4)本章针对电池组典型的串并联连接方式,分析不同连接的拓扑结构,将复杂的串并联连接方式等效转化,结合并联支路不均衡电流计算以及基于数理统计的大规模串联电池组仿真计算从而实现串并联电池组的建模仿真。搭建了2箱串联电池组的并联平台,实验表明了仿真模型在不同初始SOC并联支路的不均衡电流与电流均衡时间的仿真有较好的精度。基于串并联电池组的实验与仿真提出了电池串并联的优化成组的思路。