基于等效电路模型的锂离子电池组SOC估算研究

摘要

锂离子电池因其无污染、能量密度高等优势，已广泛应用于便携式电子产品中，同时随着传统能源的匮乏和低碳经济的提倡，大容量的锂离子电池已经应用于后备储能和电动汽车的动力电源等方面。为了深入对电池的研究，需要建立电池的等效模型，准确的模型对电池管理及靠电池供电的系统开发都具有十分重要的意义。锂离子电池的荷电状态(SOC)是一个非常重要的状态变量，与电池的寿命、安全性和使用效率密切相关，SO C的估算是电池管理系统的关键技术。
　　本文在研究电池模型的基础上，实现对电池SOC的准确估算。论文首先介绍了锂离子电池的工作原理和性能参数，对18650锂离子电池组进行了充放电特性实验、开路电压特性实验以及混合脉冲功率特性(HPPC)实验，以实验分析结果及电池常用电路模型为基础，建立了考虑温度参数的二阶 RC等效电路模型。根据HPPC实验结果，采用非线性最小二乘法实现了模型在不同SO C状态下的参数辨识，同时利用指数拟合以及多项式拟合的方法得到了每个参数与SOC之间的函数关系，并验证了电池模型参数的准确性。基于Matlab/Simulink环境，利用高斯-厄米特滤波(GHQF)算法解决了电池等效电路模型中状态空间方程的状态估计问题，设计了基于GHQ F的SOC估算方法。最后把所建立模型的仿真输出结果与真实值进行对比，验证算法的准确性。
　　本文所建立的电池等效模型能够很好地模拟电池的动静态特性，满足实际应用和仿真的精度要求；基于GHQ F的电池 SOC估算方法获得了较高的准确度，具有较好初值鲁棒性和抗干扰能力。

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1 绪论

1. 1 课题研究背景及意义

1. 2 动力电池发展现状

1. 3 锂离子电池模型研究现状

1.4 锂离子电池SOC估算研究现状

1. 5 本文研究内容

2 锂离子电池工作原理和特性

2. 1锂离子电池的工作原理

2. 2 锂离子电池的主要性能参数

2. 3 影响锂离子电池性能的主要因素

2. 4 本章小结

3 锂离子电池特性试验及分析

3. 1 试验对象及平台

3. 2 锂离子电池充放电特性实验及分析

3. 3 锂离子电池开路电压特性实验及分析

3. 4 锂离子电池混合脉冲功率特性实验及分析

3. 5 本章小结

4 锂离子电池模型及参数辨识

4. 1 电池模型概述

4. 2 电池等效电路模型

4. 3 改进的二阶R C模型

4. 4 模型的参数辨识

4. 5 本章小结

5 锂离子电池组SO C估算

5. 1 扩展卡尔曼滤波算法

5. 2 高斯-厄米特滤波算法

5.3 基于电路模型的SOC估算

5.4 电池组SOC估算方法仿真验证

5. 5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果