基于分数阶动力电池SOC估算方法研究
发布时间：2021-11-23 15:26
随着不可再生能源的减少和全球能源局势的动荡,以及人们对环保问题的日益关注,电动汽车已经成为汽车工业的一个重要发展方向。锂离子动力电池是电动汽车的主要能量来源,具有较好的发展前景,其荷电状态（State of Charge,SOC）估算的准确性直接决定着电池管理系统和整车的控制策略,进而影响汽车的使用性能。因此,准确的电池SOC估算对电动汽车的发展具有重要的理论价值和工程应用意义。本课题来源于江苏省重点研发计划项目（产业前瞻与关键技术）,论文以磷酸铁锂动力电池为研究对象,对电池进行不同影响因素下的特性试验和等效电路模型参数辨识试验,并利用分数阶扩展卡尔曼滤波进行锂离子动力电池SOC的实时准确估算研究。论文的主要工作如下:（1）选用磷酸铁锂电池作为研究对象,以具有分数阶特性的常相位元件（Constant Phase Element,CPE）代替电容元件,建立了动力电池一阶分数阶等效电路模型,选用G-L型分数阶微积分定义对所建等效电路模型的离散空间系统状态表达式进行了推导。（2）搭建了动力电池充放电试验平台。在0℃、5℃、15℃、25℃、30℃、35℃的环境温度下,对磷酸铁锂电池分别进行了不...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１锂离子电池工作原理??Ｆｉｇ．２－１?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??＋＋??
电池充放电电流＇＾￣般使用充放电倍率表不，符号为Ｃｏ．?１Ｃ表１小时内充满或放完电??池额定容：最所需的电流大校??（五）循环使用寿命??电池满充满放一次称为一次循环，我国规定当电池容量降为额定容量的８０％时所经历??的循环次数称为电池的循环使用寿命＾??本文选用Ａ１２３公司生产的磷酸铁锂软包动力电池作为研究对象，其具有充放电倍率??较大、循环使用寿命较长、使用安全性较高、电池内阻较小等优点，电池主要参数如表２－１??所示，电池外形如图２－２所示６??表２－１?Ａ１２３电池参数??Ｔａｂ．２－１?Ａ１２３?ｂａｔｔｅｒｙ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??参数名称?数值??长度／ｍｍ?２２７??宽度Ａｎｍ?１６１??厚度／ｍｍ?７??＇属偷ｇ?５００??额定麵／Ａｈ?２０??额定电压／Ｖ?３．２??放幢止电压／Ｖ??充电截止电压／Ｖ＇?３．６５??循环使用寿命／次?２?０００??１?图２－２?Ａ１２３电池??Ｆｉｇ．２－２?Ａ１２３?ｂａｔｔｅｒｙ??２．２颁阶銳电路模型建立??根据研究目的不同，电池模型目前可分为研究电池生热、传热和散热过程的热模型，??通过电化学机理表征电池性能的电化学机理模型，使用电化学机理和电池生热之间关系表??征电池性能的耦合模型和通过电池外特性表征电池性能的性能模型［５９］。其中性能模型较其??他模型而言具有参数少、建模简单等优点，被广泛使用于电池能量管理和状态估算等领域。??其中性能模型在电池ｍｅ估算方面使用最为广泛、研宄最为深入的是等效电路模型，??其通过对电压源、电阻、电容或其他电路元器件进行串、并联组合成相应电路，对电池端??电压特性进行模拟。此模型具有清晰
第三章磷酸铁键电池特性试验及分析??为获得准确的电池特性以便建立一阶分数阶等效电路模型，本章将对磷酸铁锂电池的??充放电容量和充放电状态下的开路电压模型进行深入研究。??３．１试验平台搭建??为了获得磷酸铁锂电池特性试验数据，首先需要选择合适仪器设备搭建试验平台。本??文综合考虑仪器成本和精度后，搭建了如图３－１所示的电池充放电测试试验平台。??Ａ１２３?ｂａｔｔｅｒｙ?Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ?ｃｈａｍｂｅｒ??Ｕｐｐｅｒ?ｃｏｍｐｕｔｅｒ?Ｎ．?■??ｒｐｌｌＯ?Ｉｖ?＇??ＨＰ?ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒ??｜＾＝?＝?＝｜??ＬＡＮＢＴＳＢｍＭｉｎ????画??＾——＿?—＿＿ｉｐ＿＿－?■？？：■??Ｂａｔｔｅｒｙ?ｔｅｓｔｅｒ?Ｉ??图３－１充放电试验平台??Ｆｉｇ．３－１?ｃｈａｒｇｅ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｔｅｓｔ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??电池充放电测试仪选用湖北蓝博新能源设备股份有限公司生产ＢＴ－２０１６Ｅ动力电池组??测试系统，单逋道设计，最大充放电电压为５?Ｖ，最大充放电电流为２００?Ａ，通过电源线与??电池正负极相连接。??电压测量仪选用惠普ＨＰ３４４０１Ａ数字多用表，具有６位高精度数字分辨率，最大直流??电压量程为１０?Ｖ，采用ＲＳ－３２３数据传输类型，最高读取速率为１?０００个／秒，通过测量线??与电池正负极相连接，测量电池正负极电位差。??恒温环境箱型号为ＳＰＸ－１５０ＢＥ，控温范围为０－７０°Ｃ，温控精度为０．１°Ｃ，使用时通过??上部控制面板对内部环境温度进行调节。??土位机是充放电试验平台的控制中心和数据记录中心，负责对电充放电测试仪的充??放电方式、充放
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于卡尔曼粒子滤波算法的锂电池SOC估计[J]. 夏飞,王志成,郝硕涛,彭道刚,余贝丽,黄毅敏. 系统仿真学报. 2020(01)
[2]基于UKF的在线锂离子电池SOC估算研究[J]. 徐劲力,马国庆. 电源技术. 2019(10)
[3]基于容积卡尔曼滤波算法估计动力锂电池荷电状态[J]. 梁嘉宁,谭霁宬,孙天夫,王峥. 集成技术. 2018(06)
[4]基于分数阶阻抗模型的磷酸铁锂电池荷电状态估计[J]. 孙国强,任佳琦,成乐祥,朱瑛,卫志农,臧海祥. 电力系统自动化. 2018(23)
[5]动力锂离子电池荷电状态估计综述[J]. 黄凯,郭永芳,李志刚. 电源技术. 2018(09)
[6]混合动力汽车磷酸铁锂动力电池建模与SOC计算[J]. 蒋超宇,王伟超,杨学平. 储能科学与技术. 2018(05)
[7]基于自适应卡尔曼滤波的电池荷电状态估算[J]. 嵇雷,Ryad Chellali. 电池. 2018(04)
[8]磷酸铁锂锂离子电池Thevenin等效模型的改进[J]. 钱能,严运兵,李文杰,王维强. 电池. 2018(04)
[9]基于CRUISE的48 V混合动力汽车仿真分析[J]. 杨友良,吴迪,孟凡伟,马翠红. 华北理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
[10]基于二阶RC模型的HEV氢镍电池在线SOC估算研究[J]. 张筱瑜,朱建新,印凯,王传杏. 电源技术. 2018(07)
博士论文
[1]动力电池荷电状态估计算法研究[D]. Taimoor Zahid.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2018
[2]混合动力电动汽车控制系统设计与能量管理策略研究[D]. 胡悦.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2018
[3]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
[4]电动汽车用锂离子动力电池SOC估算和SOF评估的研究[D]. 欧阳剑.华南理工大学 2016
硕士论文
[1]基于动态增益的Joint-EKF算法的锂电池SOC估算[D]. 向富超.湖北工业大学 2018
[2]磷酸铁锂电池SOC估计及管理系统的研究[D]. 袁赛.广西大学 2018
[3]基于双卡尔曼滤波的三元电池SOC研究[D]. 曹雷.南昌大学 2018
[4]基于分数阶模型的锂离子电池SOC估计[D]. 李慧慧.哈尔滨工业大学 2018
[5]增程式电动车动力总成协调控制策略研究[D]. 赖长禄.吉林大学 2018
[6]动力电池管理系统关键技术的研究[D]. 孙伟明.南京林业大学 2017
[7]电动汽车用磷酸铁锂电池建模与SOC估算研究[D]. 朱雅俊.合肥工业大学 2012
本文编号：3514163
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１锂离子电池工作原理??Ｆｉｇ．２－１?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??＋＋??
电池充放电电流＇＾￣般使用充放电倍率表不，符号为Ｃｏ．?１Ｃ表１小时内充满或放完电??池额定容：最所需的电流大校??（五）循环使用寿命??电池满充满放一次称为一次循环，我国规定当电池容量降为额定容量的８０％时所经历??的循环次数称为电池的循环使用寿命＾??本文选用Ａ１２３公司生产的磷酸铁锂软包动力电池作为研究对象，其具有充放电倍率??较大、循环使用寿命较长、使用安全性较高、电池内阻较小等优点，电池主要参数如表２－１??所示，电池外形如图２－２所示６??表２－１?Ａ１２３电池参数??Ｔａｂ．２－１?Ａ１２３?ｂａｔｔｅｒｙ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??参数名称?数值??长度／ｍｍ?２２７??宽度Ａｎｍ?１６１??厚度／ｍｍ?７??＇属偷ｇ?５００??额定麵／Ａｈ?２０??额定电压／Ｖ?３．２??放幢止电压／Ｖ??充电截止电压／Ｖ＇?３．６５??循环使用寿命／次?２?０００??１?图２－２?Ａ１２３电池??Ｆｉｇ．２－２?Ａ１２３?ｂａｔｔｅｒｙ??２．２颁阶銳电路模型建立??根据研究目的不同，电池模型目前可分为研究电池生热、传热和散热过程的热模型，??通过电化学机理表征电池性能的电化学机理模型，使用电化学机理和电池生热之间关系表??征电池性能的耦合模型和通过电池外特性表征电池性能的性能模型［５９］。其中性能模型较其??他模型而言具有参数少、建模简单等优点，被广泛使用于电池能量管理和状态估算等领域。??其中性能模型在电池ｍｅ估算方面使用最为广泛、研宄最为深入的是等效电路模型，??其通过对电压源、电阻、电容或其他电路元器件进行串、并联组合成相应电路，对电池端??电压特性进行模拟。此模型具有清晰
第三章磷酸铁键电池特性试验及分析??为获得准确的电池特性以便建立一阶分数阶等效电路模型，本章将对磷酸铁锂电池的??充放电容量和充放电状态下的开路电压模型进行深入研究。??３．１试验平台搭建??为了获得磷酸铁锂电池特性试验数据，首先需要选择合适仪器设备搭建试验平台。本??文综合考虑仪器成本和精度后，搭建了如图３－１所示的电池充放电测试试验平台。??Ａ１２３?ｂａｔｔｅｒｙ?Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ?ｃｈａｍｂｅｒ??Ｕｐｐｅｒ?ｃｏｍｐｕｔｅｒ?Ｎ．?■??ｒｐｌｌＯ?Ｉｖ?＇??ＨＰ?ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒ??｜＾＝?＝?＝｜??ＬＡＮＢＴＳＢｍＭｉｎ????画??＾——＿?—＿＿ｉｐ＿＿－?■？？：■??Ｂａｔｔｅｒｙ?ｔｅｓｔｅｒ?Ｉ??图３－１充放电试验平台??Ｆｉｇ．３－１?ｃｈａｒｇｅ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｔｅｓｔ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??电池充放电测试仪选用湖北蓝博新能源设备股份有限公司生产ＢＴ－２０１６Ｅ动力电池组??测试系统，单逋道设计，最大充放电电压为５?Ｖ，最大充放电电流为２００?Ａ，通过电源线与??电池正负极相连接。??电压测量仪选用惠普ＨＰ３４４０１Ａ数字多用表，具有６位高精度数字分辨率，最大直流??电压量程为１０?Ｖ，采用ＲＳ－３２３数据传输类型，最高读取速率为１?０００个／秒，通过测量线??与电池正负极相连接，测量电池正负极电位差。??恒温环境箱型号为ＳＰＸ－１５０ＢＥ，控温范围为０－７０°Ｃ，温控精度为０．１°Ｃ，使用时通过??上部控制面板对内部环境温度进行调节。??土位机是充放电试验平台的控制中心和数据记录中心，负责对电充放电测试仪的充??放电方式、充放
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于卡尔曼粒子滤波算法的锂电池SOC估计[J]. 夏飞,王志成,郝硕涛,彭道刚,余贝丽,黄毅敏. 系统仿真学报. 2020(01)
[2]基于UKF的在线锂离子电池SOC估算研究[J]. 徐劲力,马国庆. 电源技术. 2019(10)
[3]基于容积卡尔曼滤波算法估计动力锂电池荷电状态[J]. 梁嘉宁,谭霁宬,孙天夫,王峥. 集成技术. 2018(06)
[4]基于分数阶阻抗模型的磷酸铁锂电池荷电状态估计[J]. 孙国强,任佳琦,成乐祥,朱瑛,卫志农,臧海祥. 电力系统自动化. 2018(23)
[5]动力锂离子电池荷电状态估计综述[J]. 黄凯,郭永芳,李志刚. 电源技术. 2018(09)
[6]混合动力汽车磷酸铁锂动力电池建模与SOC计算[J]. 蒋超宇,王伟超,杨学平. 储能科学与技术. 2018(05)
[7]基于自适应卡尔曼滤波的电池荷电状态估算[J]. 嵇雷,Ryad Chellali. 电池. 2018(04)
[8]磷酸铁锂锂离子电池Thevenin等效模型的改进[J]. 钱能,严运兵,李文杰,王维强. 电池. 2018(04)
[9]基于CRUISE的48 V混合动力汽车仿真分析[J]. 杨友良,吴迪,孟凡伟,马翠红. 华北理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
[10]基于二阶RC模型的HEV氢镍电池在线SOC估算研究[J]. 张筱瑜,朱建新,印凯,王传杏. 电源技术. 2018(07)
博士论文
[1]动力电池荷电状态估计算法研究[D]. Taimoor Zahid.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2018
[2]混合动力电动汽车控制系统设计与能量管理策略研究[D]. 胡悦.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2018
[3]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
[4]电动汽车用锂离子动力电池SOC估算和SOF评估的研究[D]. 欧阳剑.华南理工大学 2016
硕士论文
[1]基于动态增益的Joint-EKF算法的锂电池SOC估算[D]. 向富超.湖北工业大学 2018
[2]磷酸铁锂电池SOC估计及管理系统的研究[D]. 袁赛.广西大学 2018
[3]基于双卡尔曼滤波的三元电池SOC研究[D]. 曹雷.南昌大学 2018
[4]基于分数阶模型的锂离子电池SOC估计[D]. 李慧慧.哈尔滨工业大学 2018
[5]增程式电动车动力总成协调控制策略研究[D]. 赖长禄.吉林大学 2018
[6]动力电池管理系统关键技术的研究[D]. 孙伟明.南京林业大学 2017
[7]电动汽车用磷酸铁锂电池建模与SOC估算研究[D]. 朱雅俊.合肥工业大学 2012
本文编号：3514163
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