純電動汽車動力鋰離子電池SOC估計算法研究

【摘要】：隨著電動汽車的快速發(fā)展，電池技術(shù)越來越受到人們的重視，作為電池的核心參數(shù)，電池荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）的準(zhǔn)確估計問題成為了當(dāng)前的研究熱點和難點。本文以鋰離子電池SOC的準(zhǔn)確估計為核心研究內(nèi)容，主要做了以下工作： 文章首先介紹了電動汽車的發(fā)展背景，由電池管理系統(tǒng)的主要功能引出準(zhǔn)確估計SOC的重要意義。文中總結(jié)了國內(nèi)外電池管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，比較分析了各類常用SOC估計方法的優(yōu)缺點。指出對于目前性能優(yōu)越的磷酸鐵鋰電池，需要從電池模型精度和SOC估計算法兩個方面提高SOC的估計精度和穩(wěn)定性。 在分析電池模型分類和用途的基礎(chǔ)上，結(jié)合目標(biāo)電池充放電及靜置特性，選擇帶遲滯的變參數(shù)二階Thevenin等效電路模型作為SOC估計的模型，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分別確定了SOC與開路電壓的關(guān)系、遲滯電壓以及不同電流下的模型參數(shù)，得到精度較高的電池模型。 隨后介紹了系統(tǒng)輸入-狀態(tài)穩(wěn)定（Input-to-state stable，ISS）的相關(guān)理論，在此基礎(chǔ)上，提出基于ISS設(shè)計鋰離子電池的SOC估計器以克服估計誤差發(fā)散問題。利用Matlab的LMI求解器求解使得系統(tǒng)滿足ISS的常值觀測器增益，并針對所建立的非線性電池模型的SOC估計問題在Simulink中搭建非線性觀測器進行電池SOC估計仿真實驗。仿真結(jié)果證明了基于ISS框架的非線性觀測器不僅具有較快地收斂速度，而且可以保證SOC估計的精度。 最后通過匹配AMESim電動汽車模型中電池模塊的參數(shù)，與Simulink進行聯(lián)合仿真，仿真結(jié)果表明在復(fù)雜的實際運行工況下，所設(shè)計的非線性觀測器依然能夠較精確地估計動力電池組的SOC，進一步證明所搭建觀測器的穩(wěn)定性和精確性。 【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 等效電路模型 SOC估計 ISS AMESim
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 電池管理系統(tǒng)10-12
• 1.2.2 SOC 估計研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 電池模型的建立17-31
• 2.1 鋰離子電池模型分類17-18
• 2.2 鋰離子電池等效電路模型的建立18-20
• 2.2.1 目標(biāo)鋰離子電池特性分析18-19
• 2.2.2 目標(biāo)鋰離子電池模型的確立19-20
• 2.3 鋰離子電池模型參數(shù)的獲取20-27
• 2.3.1 OCV-SOC 關(guān)系標(biāo)定及等效內(nèi)阻、極化電阻電容值的辨識20-24
• 2.3.2 電池遲滯效應(yīng)研究24-27
• 2.4 電池模型驗證27-30
• 2.4.1 模型遲滯校正驗證28
• 2.4.2 自定義電流工況驗證28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 ISS 框架下的 SOC 估計器設(shè)計31-42
• 3.1 基礎(chǔ)知識31-32
• 3.1.1 K 類函數(shù)和 KL 類函數(shù)31-32
• 3.1.2 關(guān)于 ISS32
• 3.2 ISS 穩(wěn)定性分析32-36
• 3.3 鋰離子電池 SOC 估計器的設(shè)計36-38
• 3.4 鋰離子電池 SOC 估計仿真驗證38-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 基于 AMESim 的 SOC 估計算法仿真驗證42-54
• 4.1 AMESim 軟件介紹42-43
• 4.2 AMESim 中電動汽車的整車建模43-49
• 4.2.1 AMESim 中電動車模型簡介43-49
• 4.2.2 聯(lián)合仿真環(huán)境設(shè)置49
• 4.3 基于實際工況的 SOC 估計驗證49-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 總結(jié)與展望54-56
• 5.1 全文總結(jié)54
• 5.2 研究展望54-56
• 參考文獻56-60
• 作者簡介及科研成果60-61
• 致謝61

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