基于Matlab/Simulink建立一種Thevenin/RC電池模塊仿真模型

本文以鋰電池數學模型為基礎，在Matlab/Simulink的仿真系統中，建立了一種Thevenin/RC電池模塊仿真模型，通過實際工況試驗，測試精度在允許誤差范圍內，為電池SOC/SOH研究提供了極大的參考價值。

1、等效電路模型參數辨識

鋰電池在充放電結束后，端電壓會迅速上升并逐漸趨向于一個穩定值，我們稱之為鋰電池的回彈特性。Thevenin/RC網絡結構的工作特性通常滿足回彈特性的特征，我們常用電池回彈階段的電壓、電流數據對Thevenin/RC模型進行參數辨識。

為辨識Thevenin/RC模型參數，需要獲取電池在不同SOC狀態下的電壓回彈數據。首先采用恒流恒壓的方法將電池充滿，然后以1C的放電電流將電池SOC放至為0.9→0.1，得到每個時刻的電壓回彈曲線。

具體的遞推過程可以參考文獻。（Schweighofer B , Raab K M , Brasseur G . Modeling of high power automotive batteries by the use of an automated test system[J]. IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement, 2003, 52(4):1087-1091.）

最后，將每個SOC時刻的電壓回彈數據進行擬合，可以得到電池模型參數隨SOC的變化情況。

SOC = [0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1];
OCV_charge = [2.59 3.22 3.26 3.3 3.3 3.31 3.31 3.32 3.34 3.34 3.47];
OCV_discharge = [2.66 3.19 3.23 3.26 3.28 3.28 3.29 3.3 3.33 3.33 3.4];
R0_charge = [0.0306 0.0123 0.0126 0.012 0.0117 0.012 0.0117 0.0123 0.012 0.0144 0.0207];
R0_discharge = [0.0771 0.0168 0.0135 0.0123 0.0117 0.0123 0.0117 0.012 0.0117 0.0114 0.012];
R1_charge = [0.032155 0.008199 0.004763 0.004183 0.00348 0.003242 0.003193 0.003006 0.003091 0.003062 0.003062];
R1_discharge = [0.032155 0.008199 0.004763 0.004183 0.00348 0.003242 0.003193 0.003006 0.003091 0.003062 0.003062];
C1_discharge = [54.148429 21.802633 25.586141 30.914925 26.854337 32.525752 40.18035 1.503165 44.76751 43.347833 43.347833];
C1_charge = C1_discharge;

當然，你們可以參考我的方法，通過擬合方法計算出不同SOC數值下對應的阻抗系數。

2、電池Simulink模型建立

模型包括：SOC計算模塊、模型參數辨識模塊和端電壓計算模塊。

2.1、SOC計算模塊

2.2、模型參數辨識模塊（以R0為例）

2.3、端電壓計算模塊

2.4、封裝模塊

3、試驗驗證

由仿真結果可知，所建立的電池模型適用于電池BMS系統開發，具有很高的精度和實時性。

結論：不管是Thevenin模型，還是二階RC模型都能很好的反應電池的特性，適用于BMS系統。如果通過最小二乘法對電池模型辨識出現問題時，電池靜置回彈電壓的測試方法也是一個很好的選擇！