基于等效电路模型的动力锂离子电池荷电状态估计研究
发布时间：2021-06-24 08:05
近年来,随着环境污染的日益加剧以及全球石油资源的减少,全球各个国家开始重视新能源电动汽车的发展,电动汽车因其节能、污染小等特点而受到人们的广泛关注。动力锂离子电池因其具备安全性高、能量利用效率高等优点而被作为电动汽车的核心部件,其性能对整车性能以及续航里程具有较大的影响。电池荷电状态（SOC）是电池管理系统的重要参数之一,其反映了电池可用电量的情况。电池SOC的准确估计能够对电池进行有效的保护,延长电池的使用寿命,对电池组均衡管理及续航里程的预测具有重要意义。本文以动力锂离子电池作为研究对象,建立了电池模型并对模型参数进行辨识,设计了基于非线性卡尔曼滤波的SOC估计算法,具体工作如下:（1）首先以磷酸铁锂动力电池为研究对象,通过容量测试实验、开路电压标定实验等充放电实验对锂离子电池的电压、容量、内阻等特性及其影响因素进行了分析,揭示了温度是影响电池特性的主要因素,为电池模型的建立奠定了基础。（2）通过对常见的几种电池模型进行分析和比较,选择二阶RC等效电路模型作为本文的电池模型。针对电池特性受温度因素影响的问题,提出了考虑温度影响的改进二阶RC等效电路模型,研究了不同温度下的开路电压和...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近年新能源汽车产销量Fig1.1Salesandproductionofnewenergyvehiclesinrecentyears
新能源汽车上应用较为广泛，三元锂离子电池主要是以三元复合材料作为正极材料的电池，比较常见的是镍钴锰锂电池，具备这种材料的电池内部结构稳定，能量密度高，可以适用于不同的车型。由于锂离子电池在使用过程中会受到众多因素的制约，因此它不能完全发挥出本身的性能。锂离子电池在工作过程中过充或过放可能会带来安全问题，同时其在进行多次循环充放电后会导致电池自身寿命衰减而影响其工作性能。如何更好地让锂离子电池在使用过程中发挥出优越的性能以及保障其处于安全的工作状态成为国内外研究人员广泛关注的问题。图1.2BMS主要功能Fig1.2MainfunctionsofBMS为了能更好地发挥动力电池性能，提高电池的使用效率，需要电池管理系统（BatteryManagementSystem，BMS）来对电池进行监督和管控。其监测和控制执行功能对于电池的正常运行非常重要，其性能直接决定了电池的使用寿命和利用效率。BMS主要由三大部分组成：主控制器、电池采集模块、绝缘检测模块。这三大部分之间通过CAN总线进行通信，共同实现BMS的整体功能，图1.2为BMS具备的各项功能。由于电动汽车实际行驶的工况较为复杂，为了满足电动汽车普适性、安全性、实用性等方面的需求，BMS应满足能量密度高、安全性高、自放电率低等应用要求[20]。BMS主要具备状态估计、数据存储、远程监控等功能。状态估计功能主要指对电池荷电状态（StateofCharge，SOC）、电池健康状态（StateofHealth，SOH）等进行估计。在BMS所具备的这些功能中，电池状态的估计处
过程正好与其相反，向负极移动的 Li+越多，充电的能力也就越强。由于锂离子电池的反应特性，锂离子在正负极之间的活动范围会受到限制，这可以保证充电与放电反应的顺利进行。在锂离子电池进行充放电时，锂离子会一直存在，并且不会产生其他固态物质，因此整个过程具有较高的安全性，减少了污染物的产生。锂离子电池内部的化学反应原理如图 2.2 所示。锂离子电池在进行充放电时要尽可能地避免过充和过放，同时在不损害电池情况下最大程度地发挥电池的性能，这既能够提高电池的使用效率，也能够使电池更好地释放其存储的能量。除了对锂离子电池的结构及反应原理的深刻理解，对锂离子电池实际的特性进行深入了解也是十分有必要的，这对于建立高精度的电池模型有着不可或缺的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动汽车技术状况及发展趋势研究[J]. 邱先文. 小型内燃机与车辆技术. 2019(06)
[2]浅析新能源汽车的发展趋势[J]. 程浩. 汽车实用技术. 2019(22)
[3]中国新能源汽车的现状、问题、对策及发展趋势[J]. 曾博涵,陈炜鹏,刘致远,宋炳志,姚语含. 南方农机. 2019(22)
[4]镍氢电池充电管理系统设计[J]. 张文兴. 电子技术与软件工程. 2019(14)
[5]铅酸动力电池高阶PNGV改进模型研究[J]. 杨勇,严运兵. 电子测量与仪器学报. 2019(05)
[6]动力电池模型综述[J]. 郑旭,郭汾. 电源技术. 2019(03)
[7]试析中国新能源汽车发展的现状、问题与对策[J]. 范高林. 时代汽车. 2019(03)
[8]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)
[9]基于GNL模型自适应无迹卡尔曼滤波的电动汽车荷电状态估计[J]. 颜湘武,郭玉威,王雨薇,邓浩然,郭琪. 科学技术与工程. 2018(30)
[10]锂离子电池荷电状态估计方法综述[J]. 孙冬,许爽,李超,纪阿芳. 电池. 2018(04)
博士论文
[1]动力锂电池的建模、状态估计及管理策略研究[D]. 汪玉洁.中国科学技术大学 2017
[2]电动汽车用动力锂电池状态估计策略研究[D]. 刘兴涛.中国科学技术大学 2014
[3]动力锂电池组状态估计策略及管理系统技术研究[D]. 何耀.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]混合动力汽车参数匹配及控制策略研究[D]. 张凡.河北大学 2019
[2]轻度混合动力汽车启停系统建模与非线性控制方法研究[D]. 韩振宇.吉林大学 2019
[3]我国新能源汽车产业政策研究[D]. 张虎.南京师范大学 2019
[4]燃料电池汽车双源电机耦合控制系统研究[D]. 侯克晗.大连理工大学 2019
[5]电-电混合燃料电池汽车动力系统设计及能量管理研究[D]. 王骞.华中科技大学 2019
[6]中国新能源汽车产业政策实施效果评价研究[D]. 卫斯娜.华北理工大学 2019
[7]轨道车辆镍镉电池特性研究和SOC估算[D]. 周海生.哈尔滨工业大学 2019
[8]基于高阶非线性模型的蓄电池SOC实时监测技术研究[D]. 张亚林.西安工程大学 2018
[9]基于无迹卡尔曼滤波的锂电池SOC估算[D]. 梁奇.西南科技大学 2018
[10]考虑温度影响的磷酸铁锂电池建模及SOC估算研究[D]. 曹成荣.合肥工业大学 2017
本文编号：3246721
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近年新能源汽车产销量Fig1.1Salesandproductionofnewenergyvehiclesinrecentyears
新能源汽车上应用较为广泛，三元锂离子电池主要是以三元复合材料作为正极材料的电池，比较常见的是镍钴锰锂电池，具备这种材料的电池内部结构稳定，能量密度高，可以适用于不同的车型。由于锂离子电池在使用过程中会受到众多因素的制约，因此它不能完全发挥出本身的性能。锂离子电池在工作过程中过充或过放可能会带来安全问题，同时其在进行多次循环充放电后会导致电池自身寿命衰减而影响其工作性能。如何更好地让锂离子电池在使用过程中发挥出优越的性能以及保障其处于安全的工作状态成为国内外研究人员广泛关注的问题。图1.2BMS主要功能Fig1.2MainfunctionsofBMS为了能更好地发挥动力电池性能，提高电池的使用效率，需要电池管理系统（BatteryManagementSystem，BMS）来对电池进行监督和管控。其监测和控制执行功能对于电池的正常运行非常重要，其性能直接决定了电池的使用寿命和利用效率。BMS主要由三大部分组成：主控制器、电池采集模块、绝缘检测模块。这三大部分之间通过CAN总线进行通信，共同实现BMS的整体功能，图1.2为BMS具备的各项功能。由于电动汽车实际行驶的工况较为复杂，为了满足电动汽车普适性、安全性、实用性等方面的需求，BMS应满足能量密度高、安全性高、自放电率低等应用要求[20]。BMS主要具备状态估计、数据存储、远程监控等功能。状态估计功能主要指对电池荷电状态（StateofCharge，SOC）、电池健康状态（StateofHealth，SOH）等进行估计。在BMS所具备的这些功能中，电池状态的估计处
过程正好与其相反，向负极移动的 Li+越多，充电的能力也就越强。由于锂离子电池的反应特性，锂离子在正负极之间的活动范围会受到限制，这可以保证充电与放电反应的顺利进行。在锂离子电池进行充放电时，锂离子会一直存在，并且不会产生其他固态物质，因此整个过程具有较高的安全性，减少了污染物的产生。锂离子电池内部的化学反应原理如图 2.2 所示。锂离子电池在进行充放电时要尽可能地避免过充和过放，同时在不损害电池情况下最大程度地发挥电池的性能，这既能够提高电池的使用效率，也能够使电池更好地释放其存储的能量。除了对锂离子电池的结构及反应原理的深刻理解，对锂离子电池实际的特性进行深入了解也是十分有必要的，这对于建立高精度的电池模型有着不可或缺的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动汽车技术状况及发展趋势研究[J]. 邱先文. 小型内燃机与车辆技术. 2019(06)
[2]浅析新能源汽车的发展趋势[J]. 程浩. 汽车实用技术. 2019(22)
[3]中国新能源汽车的现状、问题、对策及发展趋势[J]. 曾博涵,陈炜鹏,刘致远,宋炳志,姚语含. 南方农机. 2019(22)
[4]镍氢电池充电管理系统设计[J]. 张文兴. 电子技术与软件工程. 2019(14)
[5]铅酸动力电池高阶PNGV改进模型研究[J]. 杨勇,严运兵. 电子测量与仪器学报. 2019(05)
[6]动力电池模型综述[J]. 郑旭,郭汾. 电源技术. 2019(03)
[7]试析中国新能源汽车发展的现状、问题与对策[J]. 范高林. 时代汽车. 2019(03)
[8]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)
[9]基于GNL模型自适应无迹卡尔曼滤波的电动汽车荷电状态估计[J]. 颜湘武,郭玉威,王雨薇,邓浩然,郭琪. 科学技术与工程. 2018(30)
[10]锂离子电池荷电状态估计方法综述[J]. 孙冬,许爽,李超,纪阿芳. 电池. 2018(04)
博士论文
[1]动力锂电池的建模、状态估计及管理策略研究[D]. 汪玉洁.中国科学技术大学 2017
[2]电动汽车用动力锂电池状态估计策略研究[D]. 刘兴涛.中国科学技术大学 2014
[3]动力锂电池组状态估计策略及管理系统技术研究[D]. 何耀.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]混合动力汽车参数匹配及控制策略研究[D]. 张凡.河北大学 2019
[2]轻度混合动力汽车启停系统建模与非线性控制方法研究[D]. 韩振宇.吉林大学 2019
[3]我国新能源汽车产业政策研究[D]. 张虎.南京师范大学 2019
[4]燃料电池汽车双源电机耦合控制系统研究[D]. 侯克晗.大连理工大学 2019
[5]电-电混合燃料电池汽车动力系统设计及能量管理研究[D]. 王骞.华中科技大学 2019
[6]中国新能源汽车产业政策实施效果评价研究[D]. 卫斯娜.华北理工大学 2019
[7]轨道车辆镍镉电池特性研究和SOC估算[D]. 周海生.哈尔滨工业大学 2019
[8]基于高阶非线性模型的蓄电池SOC实时监测技术研究[D]. 张亚林.西安工程大学 2018
[9]基于无迹卡尔曼滤波的锂电池SOC估算[D]. 梁奇.西南科技大学 2018
[10]考虑温度影响的磷酸铁锂电池建模及SOC估算研究[D]. 曹成荣.合肥工业大学 2017
本文编号：3246721
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