基于改进EKF算法估算SOC的电池管理系统的研究与开发

发布时间：2020-04-02 07:57

【摘要】：随着新能源汽车的迅速发展,销量高速增长,其故障发生率也日益增高,分析其故障原因发现主要由动力电池组引起。SOC作为动力电池组重要表征参数之一,对保障电池组的安全使用尤为重要。在线精准估算SOC是电池管理系统的研究重点,对电动汽车的发展具有重要现实意义。本文利用DMC原理对电池OCV参数进行在线辨识,对电池的等效电路模型参数进行校正,然后利用扩展卡尔曼滤波算法对电池SOC进行实时估算。最后对电池管理系统的软硬件进行了开发设计,具体进行了以下的研究工作:建立基于二阶RC网络的电池等效电路模型,通过实验离线辨识了 OCV-SOC曲线,通过HPPC实验辨识了等效电路模型中的R0、Ri、C1、R2、C2等相关参数,利用Simulink仿真平台搭建了单节电池的仿真模型,通过实验实测的数据验证了建立模型的准确性,所建立的电池仿真模型是后期仿真研究的基础。利用Simulink平台搭建的基于扩展卡尔曼滤波算法估算SOC的模型,结合电池仿真模型,通过仿真加载不同的工况,以及人为将电池端电压及电流值叠加系统误差及高斯白噪声,用以分析工程应用中,电压值及电流值的测量误差对估算SOC的影响规律,仿真分析验证了端电压及电流等数据序列的高斯噪声对估算精度影响较弱,而系统误差会对估算精度造成较大的影响,以此为依据制定所设计的电池管理系统的采样精度。利用仿真模型,仿真分析了 OCV-SOC曲线存在偏差时对估算SOC的影响规律,提出了利用DMC算法在线辨识OCV值,更新扩展卡尔曼算法中的模型参数,以提高估算精度。对DMC进行建模分析,提出利用RC网络中的电压作为输出量,用阶跃响应来描述电池模型中RC网络,将电池等效模型线性化的方法,利用最小二乘法对线性化的系统模型进行OCV辨识,简化算法,并与扩展卡尔曼滤波算法相结合,提高SOC估算精度。根据系统需求,对电池管理系统进行硬件设计,完成了对主控板及电压采集从板的各模块电路的设计,在PCB设计上从多个方面提高硬件的抗干扰能力,并在所设计的硬件基础上完成了相应的软件设计,制定相应的通信协议。将设计完成的系统硬件及软件进行调试、实验,验证其功能及可靠性。通过实验证明了本文所开发基于DMC原理改进EKF算法估算SOC的电池管理系统的有效性。
【图文】：

是节能减排的要求，同时也是汽车产业跨越式发展和提升国际竞争力的需要。自逡逑国家出台“三纵三横”的电动汽车研发格局以来，国内对电动汽车的研发得到了逡逑迅速发展，电动汽车销量也迅速增加１４］，图１－丨为近年来我国新能源汽车的销量。逡逑２０１８年６月，，国务院在《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中提出到２０２０年新能逡逑源汽车产销量要达到２００万辆左右［１｜］。逡逑１４０逡逑■纯电动汽车■插电式混合动力邋逦逡逑１２０逦ｍ逡逑ｓ：ｕ＿』＊邋Ｎ逡逑２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逦２０１７逦２０１８逡逑年份逡逑图１－１近年来我国新能源汽车的年销量逡逑随着我国新能源汽车的迅速发展，销量高速增长，新能源汽车的故障发生率逡逑也日益增高［｜２］，据《中国新能源汽车大数据研宄报告（２０１８）》中显示，电动汽车逡逑的主要故障来源有：动力电池一致性差、单体电池过压报警、单体电池欠压报警、逡逑可充电储能系统不匹配等［ｎｉ。分析故障原因发现新能源汽车故障主要由动力电逡逑１逡逑Ｉ逡逑

由基尔霍夫定律可得到电池端电压表达式：逡逑ｖ邋＝邋Ｅｓ0ｃ邋－邋ＶＲ0邋－邋ＶＲ．逦（２－４）逡逑式中：Ｆ表示动力电池的端电压，￡５０Ｃ表示电池的^u路电压（Ｏｐｅｎ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ邋Ｖｏｌｔａｇｅ，逡逑ＯＣＶ），邋／？0为电池的欧姆内阻，表示欧姆内阻的电压，１／＆表示为第／阶／？Ｃ网逡逑络的电压。其中￡ｓｏｃ、／？；、Ｃ，？等参数与电池ＳＯＣ、温度、老化程度等有关。对第逡逑ｉ阶及Ｃ网络：逡逑ｄＶＲ逦ＶＲ逦ｉ逡逑 １邋＝逦Ｌ邋＋邋—／逦（２－５）逡逑ｄｔ逦Ｒｉ0ｉ邋Ｃｉ逡逑式中／表示电池的冲电、放电电流，充电为正值，放电为负值。逡逑对式（２－５）求解可得：逡逑ＶＲ．邋＝邋ＩＲｔ邋（ｌ邋－逦（２－６）逡逑将式（２－６）代入（２－４）得到电池端电压表达式：逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912

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本文编号：2611678