Amesim锂离子LFP-C高功率2.3Ah准静态电池单体

       

       

       

       

       

本模型表征了2.3Ah磷酸铁锂-石墨(LFP-C)高功率锂离子电池的准静态电路特性，如图1所示。该模型可同时模拟电池的电学特性和热力学行为。 模型参数已通过IFP新能源公司电池测试设施的实验数据进行了校准和验证。 

准静态电路模型对瞬态现象的表征有限，通常不适用于同时模拟长时间尺度激励（如恒流充电）和短时间尺度激励（如电动汽车或混合动力汽车工况中的动态功率请求）。为更精确表征PHEV和EV典型动态工况下的电池行为，模型中的电阻参数采用FreedomCar测试手册2003版所述的10秒脉冲法进行辨识。 本模型未体现充放电过程中的开路电压迟滞现象，但考虑了可逆与不可逆热交换对热平衡的影响。 模型还包含了由日历老化和循环老化导致的电池容量衰减效应。

本模型基于2.3Ah单体电池校准，对2.3Ah电池具有定量准确性。 当缩放至其他标称容量（最高8Ah）时，仍可提供定性参考结果。 更高容量的外推可能导致仿真误差。可通过电池高级等效电路模型的"启用缩放"选项进行容量调整。

电学模型在以下工况范围内预校准：

• 荷电状态(SOC)范围[0 ; 100 %]
• 温度范围[0 ; 30 °C]
  
   

老化模型在以下工况范围内预校准：

• SOC范围[20 ; 100 %]
• 电流范围[0 ; 70 A]（单参考电池）

超出此范围使用可能导致显著的数据外推误差，建议在标定范围内使用以获得可靠结果。

电池单元在20°C的Digatron 200A/50V测试台上进行道路工况测试， 使用特定输入电流模式(通常来自电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)运行数据)。
图1显示测试电池的电流曲线： 首先恒流充电至满电，然后恒流放电至50%荷电状态(SOC)， 最后施加典型的HEV/EV道路功率需求电流。

• 时间 < 4400秒：静置1000秒后以2.3A恒流充电至满电，满电静置
• 时间4400-6200秒：以2.3A恒流放电至50%荷电状态
• 时间6200-8000秒：无电流流经电池的静置阶段
• 时间 > 8000秒：HEV典型工况电流及静置

预校准锂离子模型基于IFP Energies nouvelles测试台提供的实验数据构建和验证。 测试对象为圆柱形高功率LFP-C电芯，标称容量2.3Ah。 模型参数值保存在预校准工具的数据库中， 可通过ESSBATCA01等高级电路模型调用。

下图展示评估两种预校准电芯模型能力的示意图。每个电芯连接虚拟测试台以复现实验电流。 实测数据体现在测试台测量区域。 热模型采用双热容子模型通过导热连接的结构， 右侧连接电芯的热容模拟核心热行为，左侧模拟外壳热行为。

几何与热参数根据LFP_HP_QS和 LFP_HP_DY预校准电芯文档设置。 初始SOC设为52.6%，环境温度20.5°C，电芯初始温度根据实测设为21°C。 电芯核心与外壳间的对流换热系数设为50W/m2/K(基于最后冷却阶段的实验数据拟合)。

两种建模方法的电压/温度仿真结果与实验测量的对比。 总体而言两种模型都能较好预测电压， 动态模型在恒流充放电阶段表现更优， 这源于准静态模型缺少扩散电阻。 满电浮充阶段两种模型都存在偏差(实验满电机制未建模)， 但静置后仿真电压与实验吻合。 温度预测误差始终小于1°C。

典型HEV工况电流下的实验电压与模型电压对比

 动态模型与实验数据高度吻合， 准静态模型误差较大(<50mV)但仍可接受。 因准静态模型参数针对整车应用优化， 在恒流工况表现稍逊但在HEV脉冲工况仍保持良好一致性。

HEV典型工况电压细节展示