纯电动汽车动力锂离子电池SOC估计算法研究

【摘要】：随着电动汽车的快速发展，电池技术越来越受到人们的重视，作为电池的核心参数，电池荷电状态（State of Charge，SOC）的准确估计问题成为了当前的研究热点和难点。本文以锂离子电池SOC的准确估计为核心研究内容，主要做了以下工作： 文章首先介绍了电动汽车的发展背景，由电池管理系统的主要功能引出准确估计SOC的重要意义。文中总结了国内外电池管理系统的研究现状，比较分析了各类常用SOC估计方法的优缺点。指出对于目前性能优越的磷酸铁锂电池，需要从电池模型精度和SOC估计算法两个方面提高SOC的估计精度和稳定性。 在分析电池模型分类和用途的基础上，结合目标电池充放电及静置特性，选择带迟滞的变参数二阶Thevenin等效电路模型作为SOC估计的模型，根据实验数据分别确定了SOC与开路电压的关系、迟滞电压以及不同电流下的模型参数，得到精度较高的电池模型。 随后介绍了系统输入-状态稳定（Input-to-state stable，ISS）的相关理论，在此基础上，提出基于ISS设计锂离子电池的SOC估计器以克服估计误差发散问题。利用Matlab的LMI求解器求解使得系统满足ISS的常值观测器增益，并针对所建立的非线性电池模型的SOC估计问题在Simulink中搭建非线性观测器进行电池SOC估计仿真实验。仿真结果证明了基于ISS框架的非线性观测器不仅具有较快地收敛速度，而且可以保证SOC估计的精度。 最后通过匹配AMESim电动汽车模型中电池模块的参数，与Simulink进行联合仿真，仿真结果表明在复杂的实际运行工况下，所设计的非线性观测器依然能够较精确地估计动力电池组的SOC，进一步证明所搭建观测器的稳定性和精确性。 【关键词】：锂离子电池 等效电路模型 SOC估计 ISS AMESim
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 课题的国内外研究现状10-15
• 1.2.1 电池管理系统10-12
• 1.2.2 SOC 估计研究现状12-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 电池模型的建立17-31
• 2.1 锂离子电池模型分类17-18
• 2.2 锂离子电池等效电路模型的建立18-20
• 2.2.1 目标锂离子电池特性分析18-19
• 2.2.2 目标锂离子电池模型的确立19-20
• 2.3 锂离子电池模型参数的获取20-27
• 2.3.1 OCV-SOC 关系标定及等效内阻、极化电阻电容值的辨识20-24
• 2.3.2 电池迟滞效应研究24-27
• 2.4 电池模型验证27-30
• 2.4.1 模型迟滞校正验证28
• 2.4.2 自定义电流工况验证28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 ISS 框架下的 SOC 估计器设计31-42
• 3.1 基础知识31-32
• 3.1.1 K 类函数和 KL 类函数31-32
• 3.1.2 关于 ISS32
• 3.2 ISS 稳定性分析32-36
• 3.3 锂离子电池 SOC 估计器的设计36-38
• 3.4 锂离子电池 SOC 估计仿真验证38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 基于 AMESim 的 SOC 估计算法仿真验证42-54
• 4.1 AMESim 软件介绍42-43
• 4.2 AMESim 中电动汽车的整车建模43-49
• 4.2.1 AMESim 中电动车模型简介43-49
• 4.2.2 联合仿真环境设置49
• 4.3 基于实际工况的 SOC 估计验证49-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 总结与展望54-56
• 5.1 全文总结54
• 5.2 研究展望54-56
• 参考文献56-60
• 作者简介及科研成果60-61
• 致谢61

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