磷酸铁锂动力电池建模与荷电状态估算

摘要

近年来，针对能源短缺和环境污染问题不断加剧，节能和新能源电动汽车以其利用率高、低排放等特点已经成为当前研究的焦点。而电池作为电动汽车的动力部件直接关系着电动汽车行业的发展。为了进一步研究对动力电池，建立能准确反映电池特性的电池模型以及准确估算电池荷电状态(state of charge，SOC)对于电池系统管理和工程开发都具有非常重大的意义。
　　为实现提高电池SOC估计精度的目标，以磷酸铁锂(LiFePO4)动力电池为实验研究对象，分别对影响SOC估算精度的电池模型和SOC估算方法进行了分析和研究。通过大量的充放电实验来对磷酸铁锂动力电池的性能特性进行研究，分析影响电池SOC估计的各种因素。在此基础上，根据经典的等效电路模型，建立了能够反映磷酸铁锂动力电池的回弹和滞回电压特性的等效电路模型，分别对电池模型中等效电压源和等效阻抗进行参数辨识。
　　分析经典SOC估算方法，根据等效电路模型建立了磷酸铁锂电池的状态空间方程，并基于双卡尔曼滤波（Dual extended Kalman filter，DEKF）算法和电池模型对SOC进行估算。利用SEV400电池管理系统(battery management system, BMS)和Matlab仿真相结合对论文提出的进行了验证。模拟“10-15”工况，对比三种不同的SOC估算法，实验表明基于电池模型和DEKF算法的SOC估算方法具有较高的准确性和良好的收敛性，该方法可以提高SOC估算精度。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及来源

1．2 国内外发展现状

1．2．1 锂电池模型国内外研究现状

1．2．2 SOC估算国内外研究现状

1．3 论文主要研究内容

第二章 磷酸铁锂动力电池特性分析

2．1 磷酸铁锂动力电池的工作原理

2．2 磷酸铁锂动力电池的特性

2．2．1 电池的电动势

2．2．2 电池的等效电阻

2．2．3 电池的回弹电压

2．3 本章小结

第三章 磷酸铁锂动力电池建模及参数辨识

3．1 电池等效电路模型

3．1．1 Rint等效电路模型

3．1．2 Thevenin等效电路模型

3．1．3 PNGV等效电路模型

3．1．4 GNL等效电路模型

3．2 磷酸铁锂动力电池建模

3．3 电池模型参数辨识

3．3．1 等效电压源的辨识

3．3．2 等效阻抗的辨识

3．4 模型的仿真验证

3．5 本章小结

第四章 磷酸铁锂动力电池SOC的估算

4．1 电池SOC的基本理论

4．2 经典SOC估计方法分析

4．2．1 放电实验法

4．2．2 安时计量法

4．2．3 开路电压法

4．2．4 神经网络法

4．2．5 卡尔曼滤波法

4．3 基于双卡尔曼滤波算法SOC估算

4．3．1 扩展卡尔曼滤波算法

4．3．2 双卡尔曼滤波算法

4．3．3 基于双卡尔曼滤波算法SOC估算的实现

4．4 本章小结

第五章 实验与仿真验证

5．1 实验平台

5．1．1 主控单元

5．1．2 电池系统管理软件

5．2 SOC估算验证及分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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