锂离子电池模型参数和荷电状态联合在线估计方法研究
发布时间：2020-12-10 18:13
当今我国能源和环境问题日益突出,电动汽车凭借其排放少、污染小和噪音小等优点,得到了大力推广和广泛关注。电池管理系统(Battery Management System,BMS)及其核心算法等电动汽车关键技术的研究成为当下研究热点,其中荷电状态(State of Charge,SOC)的在线准确估计是BMS研究的重点问题。本论文依托国家自然科学基金面上项目“锂离子动力电池状态与参数自适应联合估计理论研究”,重点研究了基于双扩展卡尔曼滤波(Dual Extended Kalman Filter,DEKF)的模型参数和荷电状态联合在线估计方法及其在BMS中的开发实现,全文内容如下所列:首先,介绍了5种锂离子电池等效电路模型,选择结构简单、参数辨识容易的戴维南等效电路模型作为研究使用的电池模型;利用离线参数辨识实验获取电池参数,分析了各参数随SOC、温度和倍率的变化规律;推导了离散的锂离子电池状态空间方程。其次,为了解决模型参数在复杂环境下变化导致SOC估计精度降低的问题,提出了基于带遗忘因子的递推最小二乘法(Forgetting Factor Recursive Least Squares,...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２本文主要章节的内容与结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｔｈｅ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｃｈａｐｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｔｈｅｓｉｓ??
是实现锂离子电池状态估计有效方法。??锂离子电池模型主要分为两类，一类是电化学模型，一类是等效电路模型，分??类如图２－１所示［５４］。??Ａ?Ｘ??锂离子电池模型????Ｉ????／■??＼?Ｎ??电化学模型?等效电路模型??ｖ?Ｊ?＼??ｙ?????１????单粒子?准二维?２苎２?Ｒｉｎｔ?Ｔｈｅｖｅｎｉｎ?二阶?ＲＣ?ＰＮＧＶ?ＧＮＬ??模型?模型?模型?模型?模型?模型?模型??图２＿１电池模型的分类??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｅｌｓ??电化学模型的理论基础是多孔电极理论和浓溶液理论，它将锂离子电池内部??的微观反应过程数值化，从电化学反应机理层面来描述电池的充放电行为。但是该??模型理论复杂，计算量大，不利于在自动控制中应用。因此，电化学模型主要应用??在锂离子电池的设计研发、充放电优化以及热状态诊断等方面。目前，常用的锂离??子电池电化学模型主要有单粒子模型、准二维模型和简化的准二维模型。??在等效电路模型中，锂离子电池内外特性通过电阻、电感、电容、电压源和电??流源等电器元件的不同组合方式来体现。等效电路模型具有清晰的物理意义，模型??简单直观，可以根据电路推导出数学方程，参数获取较为容易，多应用于阻抗分析，??７??
温度对容量的影响大。??为了消除同一温度下倍率对电池容量造成的影响，将容量测试实验步骤３更??改如下，并重新测试。??步骤３．１、电池以１Ｃ电流放电至截止电压下限停止，并静置１小时；??步骤３．２、电池以Ｃ／１０电流再次放电至截止电压下限停止，并静置１小时。??该容量测试方法称作“二阶段放电法”?［５７］，即在大倍率放电至截止电压后通过??小倍率电流再次放电至截止电压。这样测得的电池最大可用容量如图２－４?（ｂ）所??／Ｊ＇＇＊?〇??由图２－４?（ｂ）可知，在同一温度下由电流倍率不同造成的电池容量差异己经基??本被消除，５°Ｃ下不同倍率的容量最大相差０．３２Ａｈ，２５°Ｃ下不同倍率的容量最大相??差０．１５Ａｈ，４０°Ｃ下不同倍率的容量最大相差０．１４Ａｈ，也就是说，同一温度下电池??的最大可用容量可认为相同。从另一方面，这也说明当电池以较大倍率放电至截止??电压下限时，通过降低电流倍率还能够继续放出一定电量。“二阶段放电法”能够??实现电池容量利用的最大化，这种容量测试方法削除了倍率对容量的影响，在ＳＯＣ??估计时最大可用容量的标定中具有重要意义。??４２?Ｉ?■?Ｉ?１?Ｉ?４２?＜?Ｉ?Ｉ?Ｉ?１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池模型研究综述[J]. 杨杰,王婷,杜春雨,闵凡奇,吕桃林,张熠霄,晏莉琴,解晶莹,尹鸽平. 储能科学与技术. 2019(01)
[2]2018年新能源汽车五大发展趋势分析[J]. 电器工业. 2018(10)
[3]一种新型大规模梯次利用电池组建模仿真方法[J]. 董喜乐,张彩萍,姜久春. 全球能源互联网. 2018(03)
[4]我国已成为全球最大的动力电池生产国[J]. 电源世界. 2017(10)
[5]中国新能源汽车的研发及展望[J]. 欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[6]浅谈中国新能源汽车发展趋势[J]. 董恩宏. 北极光. 2016(02)
[7]基于扩展PSO和离散PI观测器的电池SoC估计[J]. 皮钒,王耀南,孟步敏. 电子测量与仪器学报. 2016(01)
[8]机动车排放是北京雾霾“元凶”[J]. 中国经济周刊. 2015(48)
[9]新能源汽车的分类、发展历程及前景(一)[J]. 尹力卉,左晨旭. 汽车维修与保养. 2015(10)
[10]基于最小二乘类算法的站用异步电机参数辨识问题的研究[J]. 李晋伟,樊友平,张怿宁. 现代电力. 2013(03)
博士论文
[1]轨道交通用钛酸锂电池建模与状态估计研究[D]. 刘思佳.北京交通大学 2018
硕士论文
[1]基于Android的电动汽车监控系统智能手机客户端设计与开发[D]. 王祎.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于组合评价法的电动汽车充电站运营服务综合评价建模研究[D]. 张伟.北京交通大学 2017
[3]锂离子电池模型参数辨识及SOC预测仿真分析[D]. 李晓黔.兰州交通大学 2016
[4]基于H_∞滤波算法的锂离子电池SOC与SOH估计[D]. 陈岳航.电子科技大学 2016
[5]动力锂离子电池组SOC在线估算[D]. 赵婷.北京交通大学 2016
[6]电动汽车动力电池模型参数在线辨识及SOC估计[D]. 张禹轩.吉林大学 2014
[7]磷酸铁锂电池模型参数与SOC联合估算研究[D]. 马燕.武汉理工大学 2014
[8]矿用救生舱用锂电池管理系统的研究与设计[D]. 王建君.沈阳理工大学 2014
[9]全钒氧化还原液流电池特性研究及其在双馈风力发电机中的应用[D]. 孙刚.华中科技大学 2013
[10]动力锂电池组管理系统的研究与设计[D]. 刘姗姗.中南大学 2012
本文编号：2909148
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２本文主要章节的内容与结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｔｈｅ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｃｈａｐｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｔｈｅｓｉｓ??
是实现锂离子电池状态估计有效方法。??锂离子电池模型主要分为两类，一类是电化学模型，一类是等效电路模型，分??类如图２－１所示［５４］。??Ａ?Ｘ??锂离子电池模型????Ｉ????／■??＼?Ｎ??电化学模型?等效电路模型??ｖ?Ｊ?＼??ｙ?????１????单粒子?准二维?２苎２?Ｒｉｎｔ?Ｔｈｅｖｅｎｉｎ?二阶?ＲＣ?ＰＮＧＶ?ＧＮＬ??模型?模型?模型?模型?模型?模型?模型??图２＿１电池模型的分类??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｅｌｓ??电化学模型的理论基础是多孔电极理论和浓溶液理论，它将锂离子电池内部??的微观反应过程数值化，从电化学反应机理层面来描述电池的充放电行为。但是该??模型理论复杂，计算量大，不利于在自动控制中应用。因此，电化学模型主要应用??在锂离子电池的设计研发、充放电优化以及热状态诊断等方面。目前，常用的锂离??子电池电化学模型主要有单粒子模型、准二维模型和简化的准二维模型。??在等效电路模型中，锂离子电池内外特性通过电阻、电感、电容、电压源和电??流源等电器元件的不同组合方式来体现。等效电路模型具有清晰的物理意义，模型??简单直观，可以根据电路推导出数学方程，参数获取较为容易，多应用于阻抗分析，??７??
温度对容量的影响大。??为了消除同一温度下倍率对电池容量造成的影响，将容量测试实验步骤３更??改如下，并重新测试。??步骤３．１、电池以１Ｃ电流放电至截止电压下限停止，并静置１小时；??步骤３．２、电池以Ｃ／１０电流再次放电至截止电压下限停止，并静置１小时。??该容量测试方法称作“二阶段放电法”?［５７］，即在大倍率放电至截止电压后通过??小倍率电流再次放电至截止电压。这样测得的电池最大可用容量如图２－４?（ｂ）所??／Ｊ＇＇＊?〇??由图２－４?（ｂ）可知，在同一温度下由电流倍率不同造成的电池容量差异己经基??本被消除，５°Ｃ下不同倍率的容量最大相差０．３２Ａｈ，２５°Ｃ下不同倍率的容量最大相??差０．１５Ａｈ，４０°Ｃ下不同倍率的容量最大相差０．１４Ａｈ，也就是说，同一温度下电池??的最大可用容量可认为相同。从另一方面，这也说明当电池以较大倍率放电至截止??电压下限时，通过降低电流倍率还能够继续放出一定电量。“二阶段放电法”能够??实现电池容量利用的最大化，这种容量测试方法削除了倍率对容量的影响，在ＳＯＣ??估计时最大可用容量的标定中具有重要意义。??４２?Ｉ?■?Ｉ?１?Ｉ?４２?＜?Ｉ?Ｉ?Ｉ?１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池模型研究综述[J]. 杨杰,王婷,杜春雨,闵凡奇,吕桃林,张熠霄,晏莉琴,解晶莹,尹鸽平. 储能科学与技术. 2019(01)
[2]2018年新能源汽车五大发展趋势分析[J]. 电器工业. 2018(10)
[3]一种新型大规模梯次利用电池组建模仿真方法[J]. 董喜乐,张彩萍,姜久春. 全球能源互联网. 2018(03)
[4]我国已成为全球最大的动力电池生产国[J]. 电源世界. 2017(10)
[5]中国新能源汽车的研发及展望[J]. 欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[6]浅谈中国新能源汽车发展趋势[J]. 董恩宏. 北极光. 2016(02)
[7]基于扩展PSO和离散PI观测器的电池SoC估计[J]. 皮钒,王耀南,孟步敏. 电子测量与仪器学报. 2016(01)
[8]机动车排放是北京雾霾“元凶”[J]. 中国经济周刊. 2015(48)
[9]新能源汽车的分类、发展历程及前景(一)[J]. 尹力卉,左晨旭. 汽车维修与保养. 2015(10)
[10]基于最小二乘类算法的站用异步电机参数辨识问题的研究[J]. 李晋伟,樊友平,张怿宁. 现代电力. 2013(03)
博士论文
[1]轨道交通用钛酸锂电池建模与状态估计研究[D]. 刘思佳.北京交通大学 2018
硕士论文
[1]基于Android的电动汽车监控系统智能手机客户端设计与开发[D]. 王祎.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于组合评价法的电动汽车充电站运营服务综合评价建模研究[D]. 张伟.北京交通大学 2017
[3]锂离子电池模型参数辨识及SOC预测仿真分析[D]. 李晓黔.兰州交通大学 2016
[4]基于H_∞滤波算法的锂离子电池SOC与SOH估计[D]. 陈岳航.电子科技大学 2016
[5]动力锂离子电池组SOC在线估算[D]. 赵婷.北京交通大学 2016
[6]电动汽车动力电池模型参数在线辨识及SOC估计[D]. 张禹轩.吉林大学 2014
[7]磷酸铁锂电池模型参数与SOC联合估算研究[D]. 马燕.武汉理工大学 2014
[8]矿用救生舱用锂电池管理系统的研究与设计[D]. 王建君.沈阳理工大学 2014
[9]全钒氧化还原液流电池特性研究及其在双馈风力发电机中的应用[D]. 孙刚.华中科技大学 2013
[10]动力锂电池组管理系统的研究与设计[D]. 刘姗姗.中南大学 2012
本文编号：2909148
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