電池模型已成為設計電池驅動的系統時不可或缺的工具。它們的用途包括電池特征描述、充電狀態 (SOC) 和健康狀態 (SOH) 估計、算法開發、系統級優化以及電池管理系統設計的實時仿真。

對于系統級開發和控制應用，因其相對簡單，首選使用基于等效電路的電池模型。工程師們使用等效電路對電池的熱-電特性進行建模，使用結合了模型和實驗測量數據的相關性技術通過優化對等效電路的非線性元素進行參數化。

帶有三個不同時間常數、內阻和開路電壓的電池的等效電路。

電池特征化

開發精確電池模型的第一步是構建和參數化等效電路，以反映電池的非線性行為和對溫度、SOC、SOH 及電流的依賴性。這種依賴性對于每個電池的化學原理來說是獨一無二的，需要根據對電池單元執行的測量來確定，該電池單元的類型必須與為其設計控制器的電池完全相同。示例電池模型可從MATLAB Central（點擊了解）下載。

NMC 鋰離子電池脈沖電流（中間）

放電的電壓響應（上方）

相應的充電狀態（下方）

SOC估計

電池模型的一種常見應用是開發 SOC 估計算法。開路電壓 (OCV) 測量和電流積分（庫侖計數）可以為 SOC 提供合理的估計。但是，要想估計具有平面 OCV-SOC 放電特征的現代化學電池中的 SOC，則需要使用不同的方法，例如卡爾曼濾波。

性能降低

電池由于其日歷壽命和充電-放電循環，性能會隨著時間降低，表現為儲存的能量會逐漸損失，同時內部電阻增加。電池管理系統 (BMS) 需要適應這種變化才能有效控制電池的使用。電池模型可以幫助您開發一種 BMS，將性能降低問題考慮在內。

鋰電子電池的性能逐漸降低體現在內部電阻 (R0) 和時間常數 (τ1, τ2, τ3) 增加上，開路電壓 (Em) 的變化則較小。

實時仿真

BMS 硬件在環測試是電池模型的另一常見應用。針對系統級設計構建的電池模型可以在實時仿真時重用。