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纯电动汽车动力锂离子电池SOC估计算法研究

关注热度:143   来源:新能源学术论文  作者:张吉星
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【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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关键词: 锂离子电池

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