汽车铅酸电池SOC实时在线估计方法研究与实现

发布时间：2017-07-07 11:01

  本文关键词：汽车铅酸电池SOC实时在线估计方法研究与实现

  更多相关文章： 铅酸电池 参数辨识 SOC估计 LIN总线 无迹卡尔曼滤波

【摘要】：铅酸电池在汽车上承担起动和辅助供电作用,是整车电源系统的重要组成部分。铅酸电池荷电状态(State of Charge, SOC)是电池内部状态中一个重要参数,在节能环保汽车中,SOC值作为电源管理策略的输入之一,其估计精度直接关系到电池使用寿命和整车能量管理的有效性。本课题以国家自然基金和企业合作项目为依托,研究了汽车铅酸电池SOC实时在线估计方法及其在电池传感器中的实现。首先,通过对现有电池模型的分析对比,建立符合铅酸电池特性的简化Randles等效电路模型,将协方差矩阵收敛算法与卡尔曼滤波相结合用于模型参数的在线辨识。其次,将改进的卡尔曼滤波分别与扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波相结合估计电池SOC并对比了二者的精度;分析了SOC估计精度的影响因素。再次,将上述SOC估计方法在MC9S12ZVCA128主控芯片上进行了实现,开发了电池传感器的样机节点,设计了参数采集电路和LIN通信电路,编写了参数采集、SOC估计和LIN通信等程序。最后,建立了基于Simulink仿真组件和S函数的仿真模型,搭建了电池实验台架,开发了上位机测试软件,设计了电池实验方案并制定了具体的实验步骤和数据采集方法。放电实验结果验证了本文参数辨识和SOC估计方法可以有效提高SOC估计的精度,并且验证了电池传感器的参数检测与SOC估计精度准确可靠。本文研究对于加强电池的保护,提高电源管理的有效性以及探索高精度复杂算法在电池传感器中的实现具有重要意义。
【关键词】：铅酸电池 参数辨识 SOC估计 LIN总线 无迹卡尔曼滤波
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.633
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-21
• 1.1 课题研究背景及意义16-17
• 1.2 课题国内外研究现状17-19
• 1.2.1 电池参数辨识研究现状17
• 1.2.2 电池SOC估计研究现状17-18
• 1.2.3 电池传感器发展现状18-19
• 1.3 课题来源与研究内容19-21
• 1.3.1 课题来源19
• 1.3.2 研究内容19-21
• 第二章 铅酸电池模型建立及参数辨识21-31
• 2.1 铅酸电池概述21-23
• 2.1.1 铅酸电池工作原理21-22
• 2.1.2 VRLA铅酸电池特性22-23
• 2.2 铅酸电池模型建立23-26
• 2.2.1 常用电池模型分析23-25
• 2.2.2 本文电池模型建立25-26
• 2.3 基于改进卡尔曼滤波的参数辨识26-30
• 2.3.1 参数辨识算法设计26-28
• 2.3.2 参数辨识结果分析28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 基于无迹卡尔曼滤波的SOC估计31-48
• 3.1 SOC估计方法分析31-36
• 3.1.1 常见SOC估计方法31-32
• 3.1.2 改进卡尔曼滤波法对比32-33
• 3.1.3 无迹卡尔曼滤波原理33-36
• 3.2 无迹卡尔曼滤波估计电池SOC36-42
• 3.2.1 SOC估计模型建立36-38
• 3.2.2 SOC估计精度对比38-42
• 3.3 SOC估计精度影响因素分析42-47
• 3.3.1 噪声协方差42-44
• 3.3.2 状态变量初始值44-46
• 3.3.3 采样时间46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 基于LIN总线的电池传感器设计48-61
• 4.1 系统功能与结构48-50
• 4.1.1 系统功能48-49
• 4.1.2 系统结构49-50
• 4.2 传感器硬件设计50-52
• 4.2.1 主控芯片选型50
• 4.2.2 电压电流检测电路50-51
• 4.2.3 温度检测电路51
• 4.2.4 LIN通信电路51-52
• 4.3 传感器软件设计52-60
• 4.3.1 程序总体结构52-53
• 4.3.2 数据采集程序53-54
• 4.3.3 SOC估计程序54
• 4.3.4 静态SOC校正程序54-55
• 4.3.5 LIN通信程序55-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 仿真模型设计及实验平台构建61-74
• 5.1 仿真模型设计61-64
• 5.1.1 MATLAB/Simulink介绍61-62
• 5.1.2 SOC估计仿真模型62-64
• 5.2 实验平台搭建64-66
• 5.2.1 实验系统架构64-65
• 5.2.2 电池实验台架65-66
• 5.3 测试软件开发66-70
• 5.3.1 CANoe介绍66
• 5.3.2 总体功能设计66-67
• 5.3.3 详细模块设计67-70
• 5.4 实验方案与结果分析70-72
• 5.4.1 技术路线70
• 5.4.2 实验步骤70-71
• 5.4.3 数据采集71
• 5.4.4 结果分析71-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 论文工作总结74
• 6.2 下一步工作74-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间的学术活动及其成果情况81

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本文编号：529888