基于Simulink的二阶RC等效电路锂电池仿真模型

资 源 简 介

本项目通过MATLAB/Simulink平台构建高度精确的锂离子电池单体仿真模型，主要采用二阶RC等效电路模型（Thevenin模型）来完整表征电池的动态电学响应特性。模型实现了从内部电化学特性到外部电路特性的精准映射，其核心功能包括：首先，建立了非线性的开路电压（OCV）与荷电状态（SOC）对应关系的映射模块；其次，通过欧姆电阻模块模拟电池在充放电瞬间产生的瞬时压降；再者，利用多级RC环节详细刻画电化学极化和浓差极化引起的电压缓慢恢复与衰减过程。该模型支持用户根据实际电池实验数据自定义物理参数，如标称容

详 情 说 明

锂离子电池二阶RC等效电路仿真模型项目说明

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的单体锂离子电池电学特性仿真工具。模型采用经典的二阶RC等效电路结构（Thevenin模型），能够精确模拟电池在复杂电流工况下的动态电压响应、荷电状态（SOC）变化以及内部极化现象。通过数学建模与离散化算法的结合，该项目为电池管理系统（BMS）的算法研发、电池动态特性分析以及能量效率评估提供了高效的仿真平台。

功能特性

1. 高度真实的建模结构：利用二阶RC环节分别表征响应较快的电化学极化和响应较慢的浓差极化过程。
2. 非线性电压特性映射：集成非线性的开路电压（OCV）与SOC关系表，通过插值算法实时修正电池电动势。
3. 多样的测试工况模拟：预设了混合测试序列，包括脉冲放电、脉冲充电以及模拟电动汽车实际运行的动态正弦波波动工况。
4. 精确的能量统计分析：自动计算累计充放电电量（Wh）及电池内阻引起的欧姆热损失（Joule），支持效率评估。
5. 多维度数据可视化：生成涵盖电流、端电压与OCV对比、SOC变化、以及极化电压分量的全方位动态曲线。

实现逻辑与核心算法

仿真程序严格遵循电池物理特性的离散化数学描述，执行流程如下：

1. 参数初始化：

设定仿真步长（0.1s）与总时长。定义电池标称容量（2.5Ah）、欧姆内阻、两级RC网络的阻容参数及其对应的时间常数。

1. 工况序列生成：

构造时间序列激励电流。在特定时间段分别模拟2A放电、1.5A充电，并加入正弦波形来模拟动态变化的电流负荷，全面考察模型的暂态响应。

1. 核心计算循环：

程序在每个时间步长内交替执行状态更新与输出计算： * OCV查表：基于当前SOC，利用线性插值法从实验预设的映射表中获取实时开路电压。 * 端电压计算：根据基尔霍夫电压定律，端电压由OCV减去欧姆压降及两级RC环节的极化电压组成。 * 极化电压更新：基于零阶保持器原理（ZOH）对微分方程进行离散化求解，利用指数递减形式更新RC电容两端的电压，确保在大步长下仍具有良好的数值稳定性。 * SOC估算：采用安时积分法（电流积分法），并引入库仑效率系数，实时累计电荷变化并执行0-1的边界检查。

1. 后处理与展示：

对全过程的电流与电压进行积分运算，产出能量统计报告，并利用绘图引擎展示电池内部的电学动力学过程。

关键函数与技术细节分析

• 离散化状态空间求解：模型未使用简单的欧拉前向差分，而是采用了解析形式的离散化算式：Up(k+1) = Up(k)*exp(-dt/tau) + I*R*(1-exp(-dt/tau))。这种方法能够更准确地描述RC电路的充电与自放电曲线。
• 线性插值算法 (interp1)：用于处理高度非线性的OCV-SOC曲线，支持外推处理，保证在SOC处于边界值时模型依然能够稳定运行。
• 能量计算模型：通过对瞬时功率（Ut * I）在时间域上的积分，区分计算充电与放电能量，为电池循环效率研究提供数据基础。
• 极化特性解耦：通过两级RC独立维护状态变量，分别展示了电化学极化（Up1）与浓差极化（Up2）对总电压降的不同贡献比例。

使用方法

1. 确保计算机安装有MATLAB R2016b或更高版本。
2. 设置仿真程序中的电池物理参数（如容量、内阻、RC参数）以匹配特定型号的锂电池实验数据。
3. 运行仿真代码，程序将自动在命令行输出初始/结束SOC、累计能量以及热损失统计数据。
4. 观察生成的四栏仿真图表，分析电池在动态电流下的电压恢复特性、SOC线性度及极化电压的累积效应。

系统要求

• 软件环境：MATLAB 2016b 或以上版本。
• 硬件要求：标准桌面计算机配置，满足基本矩阵运算性能即可。
• 依赖库：无需额外工具箱，基于MATLAB内建函数实现。