机械工程学报

作者：匡柯, 孙跃东, 任东生, 韩雪冰, 郑岳久, 耿兆杰

单位：1. 上海理工大学机械工程学院 上海 200093;2. 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 北京 100084;3. 清华大学核能与新能源技术研究院 北京 100084;4. 北京新能源汽车股份有限公司 北京 100176

关键词：锂离子电池,电池管理,电化学-热耦合模型,参数辨识,参数敏感性分析；

基金：国家重点研发计划（2018YFB0104000）、国家自然科学基金（51807108，51877138）和上海市青年科技启明星计划（19QA1406200）资助项目

精确的电池模型是车用锂离子电池系统状态估计和能量管理的基础。电化学机理模型用途广、精度高，是下一代电池管理系统的重点研究对象。然而，目前电池电化学机理模型建立过程中存在参数获取困难、依赖后期参数标定等问题。为此，提出一种大容量车用锂离子电池电化学-热耦合高效建模方法。将电化学机理模型的参数进行分类，对可测量/辨识参数（几何尺寸、正负极初始化学计量比和固相颗粒最大嵌锂浓度等）进行精确的测量和参数辨识。利用不同温度下的脉冲充电试验来标定固相扩散系数Ds和反应速率常数k。进一步地，建立电池产热模型，搭建考虑温度影响的电池电化学-热耦合模型。不同倍率充放电、不同温度下的脉冲放电和动态应力工况测试下试验验证结果显示，所搭建的模型具有很好的精度和适应性，电压平均误差小于10 mV，温度平均误差小于1.1℃。参数敏感性分析结果显示固相扩散系数Ds的减小会导致电极颗粒内部锂离子浓度差变大，从而使得颗粒表面电势提前达到截止电压，降低电池容量；反应速率常数k的减少主要影响电池阻抗，将造成放电电压曲线整体下移和产热增加。所提出的建模方法可以快速高效地建立精度高、普适性好，成本低的电池电化学-热耦合模型。

来源：2021年第14期

《机械工程学报》期刊编辑部

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