考虑电—热耦合行为的锂离子电池状态估计方法研究

发布时间：2020-06-20 03:18

【摘要】：随着全世界石油资源的逐渐消耗和汽车尾气排放对空气污染的加剧,以电池为主要动力源的电动汽车越来越受欢迎。为了保证电池的安全性,提高电池的使用寿命,必须对电池能量进行有效管理。作为电池管理系统的基础,电池状态的准确估算非常重要,直接关系到整车控制策略的优化。本文以钴酸锂动力电池为研究对象,建立同时考虑电因素和热因素的电热耦合模型,对电池荷电状态SOC和峰值功率SOP的研究,紧跟电池研究最主要的问题,非常具有实际研究意义。为了保证电池状态的准确估算,精确的电池模型十分重要。在电池建模部分,本文根据在不同温度下脉冲放电实验数据,由最小二乘法完成二阶RC等效电路模型参数辨识,建立电池模型参数与电池荷电状态SOC、温度的对应关系。同时根据建立的电化学模型得到电池内部的温度,由电池表面温度和内部温度完成电池二状态热模型参数辨识,建立电池热模型。最后把等效电路模型和热模型结合,建立更加精确电热耦合模型。基于UDDS动态工况电流输入,得到电池电压响应、电池表面温度和与核心温度特性。在荷电状态估算部分,针对标准卡尔曼滤波算法的不足,引入扩展卡尔曼滤波算法。分别以建立的等效电路模型和电热耦合模型为基础,根据扩展卡尔曼滤波算法流程,建立空间状态方程,完成SOC估算算法设计。在Matlab中编程实现SOC估算算法,根据UDDS电流数据,将扩展卡尔曼滤波算法SOC估算结果与对电流安时积分的SOC结果进行对比,对所建立SOC算法进行分析验证,说明基于电热耦合模型的SOC估算算法更加精确。通过改变SOC初始值的设置,验证扩展卡尔曼滤波算法快速收敛能力,以及对初始值误差快速修正能力。在峰值功率估算部分,首先对电池充放电过程中电池的SOC约束,电压约束,温度约束等单一约束条件进行分析介绍。为了保证确保电池使用安全,针对电池实际使用情况,提出基于电流-电压-温度多约束条件。将建立的电池模型与电池约束条件相结合,得到电池在多约束条件下的峰值功率估算方法。通过在Matlab编程实现峰值功率算法,由动态工况需求电流作为输入,得到多约束条件下电池电流、电压、温度响应。通过电池任意时刻最大电流、电压的估算,完成对峰值功率的预测,经过对结果的分析,认为多条件约束下的峰值功率更具有实际意义。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72;TM912
【图文】：

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本文编号：2721784