混合动力汽车车载电池SOC算法的研究

【摘要】：动力电池及其管理系统是混合动力汽车产业化发展的关键技术之一，电池荷电状态（State of Charge，简称SOC）的估算则是电池管理系统中的重要技术。同时电池的SOC值也是发动机和电机动力分配的一个重要参数，因此SOC估算的精确性直接影响着混合动力汽车的整车性能。 论文以业内前景看好的车载磷酸铁锂动力电池作为研究对象，分别从电池的特性试验，电池的等效电路参数识别，电池SOC算法的提出以及SOC算法的离线仿真进行了研究。 首先，论文介绍了电池荷电状态的定义以及常用的电池SOC算法，并分析了影响SOC的各种因素。然后通过进行大量的电池试验研究了磷酸铁锂电池的工作原理及其充放电特性。在此基础上给出了电池组的SOC定义和算法，并选择了磷酸铁锂电池合适的等效电路模型，并给出了模型参数的识别方法。之后对比分析了目前的SOC算法，将卡尔曼滤波法作为基础，考虑到电池内部反应呈非线性关系，提出了建立在LPV系统（Linear Parameter Varying System）上并结合安时计量法的的卡尔曼滤波算法。最后根据混合动力汽车中电池组模块的使用情况在Matlab/Simulink中建立蓄电池SOC算法的仿真模型，嵌入整车模型中进行性能仿真，SOC的仿真结果验证了文中提出的以LPV系统为基础的卡尔曼滤波算法的可行性和精确性。 【关键词】：混合动力汽车 磷酸铁锂电池 SOC算法 LPV系统
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.1.1 混合动力汽车概述8-9
• 1.1.2 发展中存在的问题9-10
• 1.2 汽车动力电池的研究意义及现状10-12
• 1.2.1 电能储能装置10-11
• 1.2.2 动力电池的发展现状11-12
• 1.3 SOC 算法的研究意义12-14
• 1.3.1 电池管理系统概述12-13
• 1.3.2 SOC 算法在整车及电池管理系中的作用13-14
• 1.4 论文的主要研究内容14-15
• 第二章 电池 SOC 的算法及等效电路模型15-26
• 2.1 电池 SOC 的定义及影响因素15-18
• 2.1.1 电池荷电状态 SOC 的定义15-16
• 2.1.2 电池 SOC 的影响因素16-18
• 2.2 常用的电池 SOC 算法18-21
• 2.3 典型的电池等效电路模型21-24
• 2.4 SOC 算法的提出24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 磷酸铁锂电池特性试验26-43
• 3.1 磷酸铁锂电池介绍26-27
• 3.2 电池特性试验平台27-30
• 3.3 磷酸铁锂电池的特性30-38
• 3.3.1 电池恒流充放电特性30-31
• 3.3.2 电池开路电压与 SOC 的关系31-34
• 3.3.3 电池库仑效率特性34-36
• 3.3.4 不同放电倍率下电池的放电特性36
• 3.3.5 电池的温度特性36-38
• 3.4 电池组的 SOC 估算38-42
• 3.4.1 电池组试验39-40
• 3.4.2 电池组 SOC 定义40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 基于 LPV 卡尔曼滤波的 SOC 算法43-52
• 4.1 卡尔曼滤波算法43-47
• 4.1.1 标准卡尔曼滤波算法43-46
• 4.1.2 推广卡尔曼滤波算法46-47
• 4.2 基于 LPV 系统的卡尔曼滤波算法47-48
• 4.3 基于 LPV 系统的蓄电池模型48-51
• 4.4 本章总结51-52
• 第五章 铁锂电池的 SOC 估算模型及仿真52-73
• 5.1 等效电路的离散化52-53
• 5.2 等效电路的参数识别53-57
• 5.3 SOC 影响因素的考虑57-58
• 5.4 铁锂电池的仿真模型58-65
• 5.4.1 电池开路电压和内阻计算模块58-59
• 5.4.2 电池负载电流计算模块59
• 5.4.3 电池功率计算模块59-61
• 5.4.4 电池 SOC 估算模块61-62
• 5.4.5 电池温度模块62-65
• 5.4.6 电池 SOC 总成模块65
• 5.5 电池模型的验证与仿真65-71
• 5.5.1 恒流放电工况66-67
• 5.5.2 变电流放电工况67-68
• 5.5.3 电池模型的整车仿真68-71
• 5.6 本章小结71-73
• 第六章 全文总结与展望73-75
• 6.1 全文总结73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-76

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