大容量串联锂电池SOC估算及均衡控制

摘要

锂电池以能量密度高、安全环保、组合方便等优势广泛地应用于电动汽车、微电网储能、航空航天等领域，大容量锂电池串联时因电池老化、制作工艺等原因电池的SOC(State of Charge)表现出离散性，导致锂电池包有效容量降低、使用寿命缩短。因此，大容量锂电池建模、SOC估算和能量管理的研究对锂电池应用有重要意义。
　　首先，提出了改进的一阶Thevenin锂电池模型，模型中电动势参数与SOC存在函数关系。为获取锂电池模型参数，详细地推导了最小二乘法及递推最小二乘法，设计改进的HPPC实验采集锂电池的电压电流信号并建立数据库，在MATLAB中使用递推最小二乘法对数据库进行分析运算，最终得到锂电池模型的各个参数。
　　其次，分析充放电效率、温度、自放电及老化等因素对锂电池SOC估算的影响，并在SOC估算时引入修正系数。采用一种改进的开路电压法与安时法相结合的SOC估算算法，使用锂电池模型修正工作电压，使开路电压法能够实现在线估算，提高了安时法对初始值的修正能力。
　　然后，结合多种均衡方法的优缺点，设计了一种主动均衡与被动均衡相结合的均衡方案，主动均衡器由多绕组反激变换器完成并详细分析其工作原理，讨论了不同原因导致锂电池SOC表现出离散性时，不同控制策略对均衡速度的影响，引入表征SOC离散度的标准差及表征离散原因的系数来实现对SOC不同离散情况时的不同控制方案。在MATLAB中建立仿真模型，并对文中提出的均衡器及控制方案可行性进行验证。
　　最后，详细地介绍了主电路硬件设计中关键参数的设计、关键器件的选择及实验平台的搭建方法，介绍了SOC估算算法及控制策略的软件实现方法，针对串联连接锂电池进行SOC估算及均衡控制实验，验证了文中SOC估算算法及均衡方案的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究综述

1.3 本文的主要内容和结构安排

第2章 锂电池建模及参数辨识

2.1 引言

2.2 锂电池模型

2.3 锂电池模型参数辨识

2.4 仿真分析

2.5 本章小结

第3章 锂电池SOC估算方法

3.1 引言

3.2 锂电池SOC估算的影响因素

3.3 锂电池SOC的估算方法

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第4章 主被动混合型均衡器及控制策略

4.1 引言

4.2 主被动混合型均衡器原理分析

4.3 仿真分析

4.4 本章小结

第5章 均衡器的软硬件设计及实验验证

5.1 引言

5.2 均衡器硬件设计

5.3 软件设计

5.4 实验结果与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢