基于改进Thevenin模型的磷酸铁锂电池SOC预测方法研究

发布时间：2017-06-30 16:12

  本文关键词：基于改进Thevenin模型的磷酸铁锂电池SOC预测方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：混合动力装甲车辆性能的好坏可以作为衡量一个国家作战水平的标准。近年来,磷酸铁锂电池因其很高的比能量和安全性而越来越受到重视。锂离子的剩余电量(state of charge,SOC)是电池管理系统(battery management system,BMS)研究的首要问题,对提高装甲车辆的整车性能具有重要意义。本文旨在研究一种可以在线测量电池SOC的方法,主要从电池模型和估算方法两个方面进行研究。通过对比常用电池模型,本文选择了工程使用范围广泛的Thevenin模型,为了更好的模拟电池内部的化学反应,在Thevenin模型基础上增加了一个RC环,并利用HPPC实验对模型的参数进行了辨识;接着在MATLAB/SIMULINK中搭建电压仿真模型,在恒流脉冲工况下对改进模型进行验证,仿真结果表明改进模型较原模型误差更小,改进模型平均误差为0.04V,原模型平均误差为0.15V,说明改进模型具有更高的精度。模型确定后,将模型参数辨识结果和开路电压法确定的电压初值带入扩展卡尔曼滤波算法(EKF)中对电池剩余电量进行预测;接着在SIMULINK中搭建电池仿真模型,输入电池的负载电压和工作电流,输出为电池的SOC和量测噪声协方差,代入实验采集数据;最后将EKF估算结果和仿真结果对比,结果表明SOC估计值能够快速向理论值收敛,并在理论值附近波动,SOC估计精度在5%以内,说明所建模型和所用算法可以较真实的反映装甲车辆的工作状态,满足测试要求。论文还设计了SOC估算的软硬件。硬件部分主要是电流电压动态存储测试装置的设计,该装置具有抗干扰、电磁屏蔽、稳定性强、数据不易丢失的优点;软件部分主要是采集装置的软件设计和估算系统的软件设计。
【关键词】：磷酸铁锂电池 SOC Thevenin模型 动态测试 EKF
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ810.3;TM912
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景与意义8-10
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 研究意义9-10
• 1.2 课题国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国内研究现状10-11
• 1.2.2 国外研究现状11
• 1.2.3 动力电池发展概况11-13
• 1.3 本文的主要研究内容及结构安排13-15
• 2 磷酸铁锂电池特性及SOC估算方法确定15-26
• 2.1 磷酸铁锂动力电池概述15-21
• 2.1.1 磷酸铁锂动力电池的结构原理15-16
• 2.1.2 磷酸铁锂动力电池的研究现状16-17
• 2.1.3 磷酸铁锂动力电池特性分析17-21
• 2.2 电池SOC估算方法21-25
• 2.2.1 SOC定义21-22
• 2.2.2 SOC影响因素22-23
• 2.2.3 SOC估算方法介绍23-25
• 2.2.4 本系统SOC估算方法25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 磷酸铁锂电池等效模型建立26-41
• 3.1 电池模型介绍26-29
• 3.2 电池模型参数辨识29-38
• 3.3 模型验证38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 系统总体设计41-59
• 4.1 系统硬件电路设计41-52
• 4.1.1 采集模块设计42-44
• 4.1.2 电源模块设计44-45
• 4.1.3 信号转换及滤波放大电路45-46
• 4.1.4 中央控制模块方案设计46-49
• 4.1.5 A/D转换器49-50
• 4.1.6 数据读取接口方案设计50-52
• 4.2 系统软件设计52-58
• 4.2.1 采集系统软件设计52-57
• 4.2.2 估算系统软件设计57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 5 基于扩展卡尔曼滤波的电池SOC估算59-69
• 5.1 卡尔曼滤波原理59-61
• 5.2 扩展卡尔曼滤波算法原理61-63
• 5.3 基于扩展卡尔曼滤波的SOC估算63-65
• 5.4 估算算法验证65-68
• 5.5 本章小结68-69
• 6 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 创新点与不足70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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2 罗玲;宋文吉;林仕立;吕杰;陈永珍;冯自平;;工作温度对磷酸铁锂电池SOC影响及研究进展[J];新能源进展;2015年01期

3 刘春娜;;特斯拉汽车电池技术及策略[J];电源技术;2014年07期

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5 华周发;李静;;电动汽车动力电池SOC估算方法综述[J];电源技术;2013年09期

6 马晓华;杨建文;叶t，

本文编号：502562