基于CKF的锂电池SOC估算及其电池管理系统研究

发布时间：2017-08-20 07:13

  本文关键词：基于CKF的锂电池SOC估算及其电池管理系统研究

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【摘要】：当今社会,随着人们对能源和环境的依赖越来越强,能源节约和环境保护越来越被大家所重视,新能源汽车成为世界各国汽车行业领域的重点研究方向。动力电池是影响新能源汽车发展的重要因素之一。锂电池因为相比于其他储能电池具有众多优点而在新能源汽车方面的应用越来越广泛。但锂电池组在使用时各单体电池间存在不一致性,会对锂电池容量、使用寿命等造成严重影响,因此需要设计相应的电池管理系统(Battery Management System,BMS)来解决这一问题。而对锂电池荷电状态(State of charge,SOC)的估算又是电池管理系统的重点及核心之一。本文对基于容积卡尔曼滤波(Cubature Kalman Filter,CKF)的锂电池荷电状态估算方法进行了研究,并研究设计了相应的电池管理系统,论文主要工作及成果如下:1、阐述了在节能减排、保护环境的大背景下发展电动汽车的必要性,表明锂电池在电动汽车运用方面存在的优势,指出了电池管理系统研究对锂电池组的重要意义,分析了电池管理系统国内外研究现状,阐明了荷电状态定义及研究现状,并给出了本文研究内容。2、分析了锂电池充放电特性及温度特性,阐述了内部电阻式、戴维南式、PNGV式和Massimo Ceraolo式等几种典型的锂电池等效电路模型,设计了双RC并联回路式等效电路模型,列出了该等效电路模型下的离散化状态方程和输出方程,并进行了锂电池开路电压(Open Circuit Voltage,OCV)与荷电状态标定实验。3、分析了安时积分法、开路电压法、内阻分析法、人工神经网络法和卡尔曼滤波法等电池荷电状态估算方法的优缺点及适用条件,提出了基于容积卡尔曼滤波原理的锂电池荷电状态估算方法,与无迹卡尔曼滤波法(Unscented Kalman Filter,UKF)进行了对比,并通过仿真实验对基于容积卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波的SOC估算方法进行分析比较。4、设计了包含主控电路、电流采样电路、电压采样电路、温度采样电路、均衡模块电路及通信电路等模块的电池管理系统硬件电路,规划了系统软件工作流程,提出了相应的均衡控制策略,并进行了实验分析。
【关键词】：锂电池 电池管理系统 荷电状态 容积卡尔曼滤波
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 电池管理系统研究背景及意义9-11
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 电池管理系统国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 荷电状态定义及研究现状14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第二章 锂电池特性分析与等效电路模型设计17-28
• 2.1 锂电池特性分析17-21
• 2.1.1 充电特性17-19
• 2.1.2 放电特性19-20
• 2.1.3 温度特性20-21
• 2.2 典型锂电池等效电路模型21-26
• 2.2.1 内部电阻式模型21-22
• 2.2.2 戴维南模型22-23
• 2.2.3 PNGV模型23-24
• 2.2.4 Massimo Ceraolo模型24
• 2.2.5 双阻容并联回路等效电路模型24-26
• 2.3 锂电池开路电压与荷电状态标定实验26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 锂电池荷电状态估算方法研究28-42
• 3.1 荷电状态估算方法28-33
• 3.1.1 安时积分法28-29
• 3.1.2 开路电压法29
• 3.1.3 内阻分析法29-30
• 3.1.4 人工神经网络法30-31
• 3.1.5 卡尔曼滤波法31-33
• 3.2 基于容积卡尔曼滤波法的荷电状态估算33-39
• 3.2.1 无迹卡尔曼滤波法33-35
• 3.2.2 容积卡尔曼滤波法35-38
• 3.2.3 容积卡尔曼滤波法对荷电状态估算的实现38-39
• 3.3 荷电状态估算仿真实验39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 电池管理系统硬件电路设计42-50
• 4.1 硬件电路设计42-49
• 4.1.1 DSP最小系统设计42-43
• 4.1.2 电流采样电路设计43-44
• 4.1.3 电压采样电路设计44-45
• 4.1.4 温度采样电路设计45-46
• 4.1.5 信号隔离电路设计46
• 4.1.6 均衡模块设计46-48
• 4.1.7 CAN通信设计48-49
• 4.2 本章小结49-50
• 第五章 电池管理系统软件流程设计50-58
• 5.1 系统软件模块工作流程50-54
• 5.1.1 主程序工作流程50
• 5.1.2 系统初始化模块工作流程50-51
• 5.1.3 数据采样工作流程51-52
• 5.1.4 均衡工作流程52-53
• 5.1.5 SOC估算工作流程53
• 5.1.6 CAN通讯工作流程53-54
• 5.2 控制策略及实验分析54-57
• 5.2.1 均衡控制策略54-56
• 5.2.2 实验分析56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 攻读硕士期间发表的论文64

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本文编号：705238