电动汽车三元锂离子电池建模策略研究
发布时间：2021-06-28 19:54
近些年来,随着能源危机、环境污染等问题的日益严峻,混合动力和纯电动代表的新能源汽车开始登上历史舞台,成为各个国家重点发展的产业。动力锂电池是电动汽车的核心部件之一,是主要的储能元件,动力电池技术也成为了制约新能源汽车发展的关键要素。准确可靠的电池管理系统（Battery Management System,BMS）可以最有效的保证并提高电池系统的功用、确保电池系统稳定可靠准确的运行,提高电动汽车的优势,满足消费者的需求。建立准确的电池模型,对精确估计电池的荷电状态（State of Charge,SOC）有着重要意义。本文以广泛应用的三元锂离子电池为研究对象,对其建模方案以及SOC估算策略展开研究。本文分析了锂电池结构和工作原理以及三元锂电池的充放电反应过程。对电池的等效电路模型进行了综述分析,以18650三元锂电池为研究对象,对该电池的容量、开路电压特性及各影响因素进行了实验和相应的分析。结合现在常见的汽车辨识工况设计了一种新的参数辨识工况,为后续的电池建模及参数辨识提供了方案支持。对分数阶理论的基本函数、定义以及性质进行了综述分析。根据锂电池的工作特性,基于传统Thevenin等效...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂电池单体结构组成
莆?壳扒熬敖衔?饷鞯囊焕喽?Φ绯豙23]。锂离子电池由SONY公司在二十世纪九十年代左右推出商用，自此，锂电池技术取得了较为长足的发展和巨大进步[24]：多种新型正极材料被发现并予以应用，如锰酸锂（24LiMnO）、磷酸铁锂（4LiFePO）和三元镍钴锰酸锂（LiNMC）等，而钴酸锂（2LiCoO）由于其安全性较差、成本较高的特性，基本不能在电动汽车上使用。除了石墨外，钛酸锂也是另一种常见的负极材料。目前三元材料由于有着较高能量密度、高安全性以及长使用寿命等优势，将会越来越被广泛用到电动汽车行业内部作为电池材料。图1-2为几种不同类型电池的蜘蛛图性能比较。尽管几种电池性能各有优劣，但是目前所有电池都很难达到内燃机的能量密度/功率密度水平，一些新型高性能的基于锂元素的电池也正在研发和设计，如锂空气电池（Li-AirBattery）、锂硫电池（Li-SBattery），但在未来几年都很难取得大规模应用，所以电动汽车的核心领域和性能还有较大的突破空间和提升潜力。图1-2不同类型锂电池性能比较Figure1-2Performancecomparisonofdifferenttypesoflithiumbatteries受目前工艺影响，单体电池容量难以达到电动汽车续航及功率需求。汽车厂
1绪论5家为了扩大总体的容量和功率，把多个电池单体并联和串联组成电池包或电池模块，但是由于单体的不一致性，可能存在过充、过放等问题，从而会产生一系列危害，严重影响到电池包的使用寿命和安全性。因此建立一个有效的电池管理系统是必须的，也是完全发挥电池性能保持其循环寿命较长的必要条件[25]。图1-3电池管理系统的基本功能Figure1-3Basicfunctionsofbatterymanagementsystem一个电池管理系统如上图所示，必须包含以下几大功能：（1）电压电流监测：实现过、欠电压保护，限制最大电流以此来保护线路安全。（2）温度监测：有效的热管理，防止电池过热。（3）状态估计：结合电流、电压以及温度情况，对电池荷电状态、电池健康状态进行估计。（4）充电控制和均衡：对电池充电电流、电压进行管理，处理电池组的不一致性问题。（5）信息存储：存储电池数据，便于后续开发。（6）电池安全控制和报警：电池危险警报和电池老化预警等。（7）在线故障诊断。由于电池内部数据不能直接测量获得，所以准确、及时的估计电池的状态和剩余电量是电池管理中需要攻克的困难之一。而一个能够反应电池化学机理的电池模型能更加准确反应电池的健康状态，提高SOC估算精度，以此来提升电池的使用寿命，对汽车充放电以及均衡起到重要保障。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于聚簇的自适应改进粒子群优化算法[J]. 张延年,吴士力,刘永. 实验室研究与探索. 2018(11)
[2]电动汽车发展综述[J]. 胡堋湫,谭泽富,邱刚,王欣煜,邓明. 电气应用. 2018(20)
[3]锂离子电池三元正极材料研究及应用进展[J]. 姜华伟,刘亚飞,陈彦彬,岳鹏,朱素冰. 人工晶体学报. 2018(10)
[4]一种联合锂电池健康和荷电状态的新模型[J]. 朱丽群,张建秋. 中国电机工程学报. 2018(12)
[5]基于分数阶无迹粒子滤波的动力电池SOC估计[J]. 何耀,秦少勋,刘新天,郑昕昕,曾国建. 汽车技术. 2018(05)
[6]国家石油对外依存下的战略选择:能源独立与相互依赖[J]. 李冰. 当代亚太. 2018(02)
[7]新能源汽车发展主要障碍及其解决方案[J]. 李龙飞. 中国战略新兴产业. 2018(08)
[8]基于BP神经网络法估算动力电池SOC[J]. 张传伟,李林阳,赵东刚. 电源技术. 2017(09)
[9]锂电池分数阶建模与荷电状态研究[J]. 鲁伟,续丹,杨晴霞,周阳. 西安交通大学学报. 2017(07)
[10]基于神经网络的动力电池SOC研究[J]. 杨孝敬,钟宁. 电源技术. 2016(12)
博士论文
[1]基于分数阶理论的锂离子电池建模与状态估计研究[D]. 王宝金.哈尔滨工业大学 2016
[2]动力锂离子电池组寿命影响因素及测试方法研究[D]. 时玮.北京交通大学 2014
[3]多阶段自适应差分进化算法及应用研究[D]. 刘荣辉.东华大学 2012
[4]纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究[D]. 李哲.清华大学 2011
硕士论文
[1]基于PDE的图像融合算法研究[D]. 徐甜.西安理工大学 2019
[2]中国参与全球能源治理：问题、挑战与回应[D]. 童安怡.浙江大学 2019
[3]电动汽车三元锂离子电池建模与SOC估算研究[D]. 化毅恒.中国矿业大学 2019
[4]差分进化算法的改进及其在神经网络中的应用研究[D]. 段丹婷.西南大学 2019
[5]基于分数阶微积分理论的锂离子电池建模及SOC估计[D]. 李运肖.重庆大学 2018
[6]基于分数阶微积分理论锂电池建模及SOC估计研究[D]. 秦少勋.合肥工业大学 2018
[7]差分进化算法的改进及其在目标跟踪的应用研究[D]. 杨笛.南京邮电大学 2017
[8]电动汽车锂离子电池建模与SOC估计研究[D]. 王光英.济南大学 2017
[9]温度依赖的电动汽车动力电池建模及SOC估计方法研究[D]. 李炳思.吉林大学 2017
[10]镍钴锰三元锂离子电池正极材料的电化学性能的探究[D]. 刘彦辰.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3254949
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂电池单体结构组成
莆?壳扒熬敖衔?饷鞯囊焕喽?Φ绯豙23]。锂离子电池由SONY公司在二十世纪九十年代左右推出商用，自此，锂电池技术取得了较为长足的发展和巨大进步[24]：多种新型正极材料被发现并予以应用，如锰酸锂（24LiMnO）、磷酸铁锂（4LiFePO）和三元镍钴锰酸锂（LiNMC）等，而钴酸锂（2LiCoO）由于其安全性较差、成本较高的特性，基本不能在电动汽车上使用。除了石墨外，钛酸锂也是另一种常见的负极材料。目前三元材料由于有着较高能量密度、高安全性以及长使用寿命等优势，将会越来越被广泛用到电动汽车行业内部作为电池材料。图1-2为几种不同类型电池的蜘蛛图性能比较。尽管几种电池性能各有优劣，但是目前所有电池都很难达到内燃机的能量密度/功率密度水平，一些新型高性能的基于锂元素的电池也正在研发和设计，如锂空气电池（Li-AirBattery）、锂硫电池（Li-SBattery），但在未来几年都很难取得大规模应用，所以电动汽车的核心领域和性能还有较大的突破空间和提升潜力。图1-2不同类型锂电池性能比较Figure1-2Performancecomparisonofdifferenttypesoflithiumbatteries受目前工艺影响，单体电池容量难以达到电动汽车续航及功率需求。汽车厂
1绪论5家为了扩大总体的容量和功率，把多个电池单体并联和串联组成电池包或电池模块，但是由于单体的不一致性，可能存在过充、过放等问题，从而会产生一系列危害，严重影响到电池包的使用寿命和安全性。因此建立一个有效的电池管理系统是必须的，也是完全发挥电池性能保持其循环寿命较长的必要条件[25]。图1-3电池管理系统的基本功能Figure1-3Basicfunctionsofbatterymanagementsystem一个电池管理系统如上图所示，必须包含以下几大功能：（1）电压电流监测：实现过、欠电压保护，限制最大电流以此来保护线路安全。（2）温度监测：有效的热管理，防止电池过热。（3）状态估计：结合电流、电压以及温度情况，对电池荷电状态、电池健康状态进行估计。（4）充电控制和均衡：对电池充电电流、电压进行管理，处理电池组的不一致性问题。（5）信息存储：存储电池数据，便于后续开发。（6）电池安全控制和报警：电池危险警报和电池老化预警等。（7）在线故障诊断。由于电池内部数据不能直接测量获得，所以准确、及时的估计电池的状态和剩余电量是电池管理中需要攻克的困难之一。而一个能够反应电池化学机理的电池模型能更加准确反应电池的健康状态，提高SOC估算精度，以此来提升电池的使用寿命，对汽车充放电以及均衡起到重要保障。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于聚簇的自适应改进粒子群优化算法[J]. 张延年,吴士力,刘永. 实验室研究与探索. 2018(11)
[2]电动汽车发展综述[J]. 胡堋湫,谭泽富,邱刚,王欣煜,邓明. 电气应用. 2018(20)
[3]锂离子电池三元正极材料研究及应用进展[J]. 姜华伟,刘亚飞,陈彦彬,岳鹏,朱素冰. 人工晶体学报. 2018(10)
[4]一种联合锂电池健康和荷电状态的新模型[J]. 朱丽群,张建秋. 中国电机工程学报. 2018(12)
[5]基于分数阶无迹粒子滤波的动力电池SOC估计[J]. 何耀,秦少勋,刘新天,郑昕昕,曾国建. 汽车技术. 2018(05)
[6]国家石油对外依存下的战略选择:能源独立与相互依赖[J]. 李冰. 当代亚太. 2018(02)
[7]新能源汽车发展主要障碍及其解决方案[J]. 李龙飞. 中国战略新兴产业. 2018(08)
[8]基于BP神经网络法估算动力电池SOC[J]. 张传伟,李林阳,赵东刚. 电源技术. 2017(09)
[9]锂电池分数阶建模与荷电状态研究[J]. 鲁伟,续丹,杨晴霞,周阳. 西安交通大学学报. 2017(07)
[10]基于神经网络的动力电池SOC研究[J]. 杨孝敬,钟宁. 电源技术. 2016(12)
博士论文
[1]基于分数阶理论的锂离子电池建模与状态估计研究[D]. 王宝金.哈尔滨工业大学 2016
[2]动力锂离子电池组寿命影响因素及测试方法研究[D]. 时玮.北京交通大学 2014
[3]多阶段自适应差分进化算法及应用研究[D]. 刘荣辉.东华大学 2012
[4]纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究[D]. 李哲.清华大学 2011
硕士论文
[1]基于PDE的图像融合算法研究[D]. 徐甜.西安理工大学 2019
[2]中国参与全球能源治理：问题、挑战与回应[D]. 童安怡.浙江大学 2019
[3]电动汽车三元锂离子电池建模与SOC估算研究[D]. 化毅恒.中国矿业大学 2019
[4]差分进化算法的改进及其在神经网络中的应用研究[D]. 段丹婷.西南大学 2019
[5]基于分数阶微积分理论的锂离子电池建模及SOC估计[D]. 李运肖.重庆大学 2018
[6]基于分数阶微积分理论锂电池建模及SOC估计研究[D]. 秦少勋.合肥工业大学 2018
[7]差分进化算法的改进及其在目标跟踪的应用研究[D]. 杨笛.南京邮电大学 2017
[8]电动汽车锂离子电池建模与SOC估计研究[D]. 王光英.济南大学 2017
[9]温度依赖的电动汽车动力电池建模及SOC估计方法研究[D]. 李炳思.吉林大学 2017
[10]镍钴锰三元锂离子电池正极材料的电化学性能的探究[D]. 刘彦辰.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3254949
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