电动汽车动力电池能量状态估算方法研究

摘要

为了应对日益紧缺的能源问题和日益严重的环境问题，电动汽车的发展已经成为未来汽车产业发展的方向。而作为电动汽车的动力来源—动力电池，是影响电动汽车产业发展的关键之一。如何有效地管理电池，充分发挥电池效能，延长电池使用寿命，这是电池管理系统所要达到的目的。而在电池管理系统中，SOC（State of Charge）的估算则是最关键的技术，也是最难以做到精确的部分。然而这种基于电量方式定义的SOC却忽略了动力电池在使用过程中电压的变化，无法准确反映动力电池的真实能量状态，所以本文提出基于能量方式定义的电池能量状态SOE（State of Energy），电池能量状态的估算，可以更加准确地预测电动汽车的最大续驶里程，有效防止电池过充/放电，从而提高电池的使用效能，在一定程度上降低了电动汽车的使用成本。
　　本文根据能量守恒原理，提出一种全新的电池能量状态定义SOE及其估算方法，从而在复杂工况下准确反映电动汽车动力电池的真实能量状态。具体估算过程如下：首先，静态初始估算过程，系统根据当前电池的开路电压、静置时间以及静置前状态，计算初始SOE值；然后，进入动态循环估算过程，系统首先会根据环境温度以及电池健康状态（循环使用次数）来对电池当前状态下的额定总能量进行修正，同时，通过SOE—EMF曲线模型以及初始SOE值（或者记录的上次SOE值）来计算电池当前状态下的电动势EMF；然后，根据能量守恒原理，通过此刻的电池电动势以及工作电流，便可以计算此时电池能量的变化量；最后，根据前后两次动态估算的时间间隔修正因电池自放电而产生的能量损失；如此，利用上一时刻（t）的SOE值，计算下一时刻（t+1）的SOE值，不断循环，实时更新SOE值，准确反映动力电池能量状态的变化。
　　通过CRUISE建立电动汽车整车动力学模型，以及Simulink建立电池SOE估算模型，进行不同工况下的联合仿真实验。通过仿真实验结果的分析可知，本文电动汽车动力电池SOE估算方法具有较高的准确性和实时性，估算误差较小，能够准确反映电动汽车运行过程中动力电池的真实能量状态，有效地保证了动力电池使用过程中的安全性和高效性，也为电动汽车安全稳定运行提供了良好的保障。

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第一章 绪 论

1.1课题研究背景和意义

1.2动力电池状态估算方法及研究现状

1.3本课题研究的主要内容

第二章 动力电池特性研究及SOE影响因素分析

2.1镍氢动力电容电池工作原理

2.2镍氢动力电容电池特性分析

2.3动力电池SOE及其影响因素分析

2.4动力电池SOE估算基本思路

第三章 基于电池滞回特性的静态SOE估算方法

3.1动力电池开路电压动态滞回特性分析

3.2动力电池开路电压动态滞回特性的修正

3.3静态SOE估算方法

第四章 基于能量守恒的动力电池动态SOE估算方法

4.1动力电池动态SOE估算方案设计

4.2动力电池SOE—EMF关系曲线模型建立

4.3动力电池SOE—EMF关系曲线模型验证

4.4动力电容电池SOE综合估算方法

第五章 基于CRUISE的电池SOE估算仿真验证

5.1 CRUISE仿真软件介绍

5.2 CRUISE和Simulink联合仿真模型

5.3CRUISE和Simulink联合仿真结果及分析

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

在读期间公开发表的论文

在读期间参与的科研项目

致谢