基于等效电路模型的锂离子电池组SOC估算研究

发布时间：2017-03-20 07:00

  本文关键词：基于等效电路模型的锂离子电池组SOC估算研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂离子电池因其无污染、能量密度高等优势,已广泛应用于便携式电子产品中,同时随着传统能源的匮乏和低碳经济的提倡,大容量的锂离子电池已经应用于后备储能和电动汽车的动力电源等方面。为了深入对电池的研究,需要建立电池的等效模型,准确的模型对电池管理及靠电池供电的系统开发都具有十分重要的意义。锂离子电池的荷电状态(State of Charge,SOC)是一个非常重要的状态变量,与电池的寿命、安全性和使用效率密切相关,SOC的估算是电池管理系统的关键技术。本文在研究电池模型的基础上,实现对电池SOC的准确估算。论文首先介绍了锂离子电池的工作原理和性能参数,对18650锂离子电池组进行了充放电特性实验、开路电压特性实验以及混合脉冲功率特性(The Hybrid Pulse Power C haracterizat ion,HPPC)实验,以实验分析结果及电池常用电路模型为基础,建立了考虑温度参数的二阶RC等效电路模型。根据HPPC实验结果,采用非线性最小二乘法实现了模型在不同SOC状态下的参数辨识,同时利用指数拟合以及多项式拟合的方法得到了每个参数与SOC之间的函数关系,并验证了电池模型参数的准确性。基于Matlab/Simulink环境,利用高斯-厄米特滤波(Gauss-Hermite Quadrature Filter,GHQF)算法解决了电池等效电路模型中状态空间方程的状态估计问题,设计了基于GHQF的SOC估算方法。最后把所建立模型的仿真输出结果与真实值进行对比,验证算法的准确性。本文所建立的电池等效模型能够很好地模拟电池的动静态特性,满足实际应用和仿真的精度要求;基于GHQF的电池SOC估算方法获得了较高的准确度,具有较好初值鲁棒性和抗干扰能力。
【关键词】：锂离子电池 电池模型 SOC估算 GHQF
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景及意义8-10
• 1.2 动力电池发展现状10-12
• 1.3 锂离子电池模型研究现状12-13
• 1.4 锂离子电池SOC估算研究现状13-16
• 1.5 本文研究内容16-17
• 2 锂离子电池工作原理和特性17-25
• 2.1 锂离子电池的工作原理17-19
• 2.1.1 锂离子电池的结构17-18
• 2.1.2 锂离子电池的化学反应原理18-19
• 2.2 锂离子电池的主要性能参数19-22
• 2.2.1 电池的电压19
• 2.2.2 电池的内阻19-20
• 2.2.3 电池的容量20-21
• 2.2.4 荷电状态21
• 2.2.5 电池的能量和功率21-22
• 2.2.6 锂电池的充放电特性22
• 2.3 影响锂离子电池性能的主要因素22-24
• 2.3.1 温度23
• 2.3.2 电流23
• 2.3.3 电压23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 锂离子电池特性试验及分析25-33
• 3.1 试验对象及平台25-26
• 3.2 锂离子电池充放电特性实验及分析26-28
• 3.3 锂离子电池开路电压特性实验及分析28-31
• 3.4 锂离子电池混合脉冲功率特性实验及分析31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 4 锂离子电池模型及参数辨识33-49
• 4.1 电池模型概述33-34
• 4.2 电池等效电路模型34-37
• 4.2.1 Rint模型34-35
• 4.2.2 Thevenin模型35-36
• 4.2.3 PNGV模型36
• 4.2.4 二阶RC模型36-37
• 4.2.5 GNL模型37
• 4.3 改进的二阶RC模型37-39
• 4.4 模型的参数辨识39-48
• 4.4.1 参数辨识工具及原理39-40
• 4.4.2 电池模型参数辨识结果40-45
• 4.4.3 电池模型辨识参数验证45-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 锂离子电池组SOC估算49-62
• 5.1 扩展卡尔曼滤波算法49-51
• 5.2 高斯-厄米特滤波算法51-53
• 5.3 基于电路模型的SOC估算53-56
• 5.3.1 电池等效电路模型的状态空间方程53-54
• 5.3.2 电池组SOC估算的递推计算54-56
• 5.4 电池组SOC估算方法仿真验证56-60
• 5.5 本章小结60-62
• 结论62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-70
• 攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果70

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