电动汽车用磷酸铁锂电池建模及剩余电量估计

以LiFePO4为正极材料的锂离子电池以其良好的使用性能和较低的成本受到越来越多的重视，有望成为未来电动汽车上规模化应用的动力源。本文首先对磷酸铁锂电池的充放电特性进行了试验研究，分析了该电池在不同放电倍率及不同温度条件下的电压响应特性。最终得到了磷酸铁锂电池充放电时开路电压（OCV）和端电压随荷电状态（SOC）的变化关系曲线、不同放电倍率下SOC与端电压的关系曲线以及温度特性曲线。为充分认识磷酸铁锂电池的充放电特性提供了试验支持。 本文建立了适用于电动汽车用磷酸铁锂电池的Thevenin等效电路模型。在典型环境温度下进行了大量的试验，通过混合脉冲功率性能测试（HPPC）得出了各种环境温度下的模型参数，揭示了模型参数随温度的变化规律。有关温度对模型参数影响的研究可以为电池管理系统（BMS）的开发设计提供理论依据。与此同时，应用北京公交的纯电动客车用动力电池动态测试工况（BBDST）对Thevenin模型进行验证，分析了模型的可靠性。验证结果表明，Thevenin模型精度相对较高，能够满足实际应用的要求。 剩余电量估计是电动汽车BMS研究需要解决的核心问题之一，其估计的准确程度对电池性能的充分发挥有重要意义。本文在已建立磷酸铁锂电池模型的基础上，运用扩展卡尔曼滤波（EKF）算法对剩余电量进行了估计。研究表明，该方法对基于酸铁锂电池Thevenin模型上的剩余电量估计与实际情况比较一致，能够达到电动汽车对剩余电量估计的精度要求。