Thevenin动力电池SOC估计研究+文献综述(4)
1.4.2 课题研究的内容
本文的主要研究内容是动力锂离子电池SOC的建模与仿真。根据电池本身特殊性和SOC受充放电电流、温度变化、电池寿命、电池内阻、退化等诸多因素的影响，设计在不同条件下的充放电实验，获取锂离子电池的端电压、充放电电流、锂离子电池温度、环境温度等数据。通过大量的实验测试数据，研究动力锂离子电池充放电过程的模型;探讨测定锂离子电池剩余电量的实用方法;对比不同条件下锂离子电池的充放电特性和环境温度对锂离子电池放电性能的影响。实验建模研究工作分静态模型和动态模型两个部分。完成的工作如下:
(1)建立充放电倍率—SOC静态模型。通过动力锂离子电池SOC测试系统按照不同倍率对锂离子电池进行恒流充/放电，在充/放电过程中记录电池端电压、充/放电电流、电池温度、环境温度等参数。分析锂离子电池在不同倍率充/放电电流时，各项参数对锂离子电池SOC值的影响，建立充了放电时充放电倍率—SOC静态模型，并验证其可靠性。
(2)建立开路电压—SOC静态模型。通过动力锂离子电池SOC测试系统对动力锂离子电池循环充放电，测量不同时期开路电压，建立开路电压与动力锂离子电池SOC静态模型，并验证其可靠性。
(3)建立动态模型。根据动力锂离子电池SOC与充放电倍率、开路电压及温度的关系，建立SOC动态模型。
(4)对动态模型进行仿真。在Matlab/simulink中对动态SOC估计模型建立相应的仿真模型。将仿真结果与锂离子电池SOC测试平台结果相比较，验证模型的可靠性。若不准，对动态模型各项参数进行修正。
2 锂离子电池荷电状态的研究分析
为了满足电动汽车的需要，蓄电池必须具有高起动性，大容量性能，免文护特性，高可靠性，高耐久性的特点。现有的电动汽车存在加速性能差、一次充电行驶距离短等问题，限制了它的发展，因此电动汽车实用化的难点主要在于动力源。要使电动汽车能够实现大规模生产使用，关键是开发出比能量高、比功率大、寿命长、成本低的蓄电池，一般情况下，动力电池进行的是频繁地浅度地充放电循环。在充放电过程中，电压和电流可能有较大变化 。
2.1 锂离子电池的工作原理
目前锂离子电池正极一般采用LiCoO2，负极为石墨，电解液为LiPF6+EC+DMC。充电时锂离子从正极层状氧化物的晶格间脱出，通过有机电解液迁移到层状负极表面后嵌入到石墨材料晶格中，同时剩余电子从外电路到达负极。放电则相反，锂离子从石墨晶格中脱出回到正极氧化物晶格中。在正常充放电情况下，锂离子在层状结构的石墨和氧化物间的嵌入和脱出一般只引起层间距的变化 ，而不会引起晶体结构的破坏，伴随充放电进行，正负极材料的化学结构基本不发生变化，因此从充放电反应的可逆性来讲，锂离子电池是一种理想的可逆电池。锂离子进入电极过程叫嵌入，从电极中出来的过程叫脱出，在充放电时锂离子在电池正负极中往返的嵌入——— 脱出，正像摇椅子一样在正负极中摇来摇去，故有人将锂离子电池形象的称为“摇椅电池” 。
充放电时正负极发生反应为：
正极：
负极：
总反应为：
电化学反应结构式：
从图2-1发现锂离子电池系统可以说是一个浓度电池，因为锂离子会由一极经由电解液跑到另一极，因此要设计一个成功的锂离子电池并使之与锂金属电池的效益相当必须符合以下几项原则：
1、在阳极的锂活性须接近1，以确定此电池的开路电位与原锂金属电池接近
2、两极的等效重量须低，如此才有应用的价值