车用锂电池全生命周期充电规划方法研究

摘要

随着新能源汽车产业的飞速发展，锂电池因具有自放电低、循环寿命长、能量比高、清洁无污染等优点，成为目前电动汽车储能部分的核心。传统充电方法对锂电池全生命周期采用单一充电方案，造成锂电池充电效率低、使用寿命短、充电不安全等诸多问题。本文研究锂电池全生命周期充电方案，规划不同生命阶段充电曲线。本文主要研究内容和创新性工作如下: 1.研究锂电池的工作原理，分析常用的锂电池等效电路模型，综合各模型优缺点，选用并建立二阶RC等效电路模型，及推导出状态方程，并基于此模型研究锂电池的基本特性。 2.锂电池的参数辨识与SOC估计研究。首先通过实验数据得到电池开路电压与SOC的关系，然后研究了常用的参数辨识方法，最终采用遗忘因子递推最小二乘法对锂电池等效电路模型进行参数辨识，并通过实验得到各参数的辨识结果。根据得到的参数再利用扩展卡尔曼滤波算法对锂电池SOC进行估计，并通过仿真实验验证算法的准确性和可行性。 3.锂电池生命周期的划分及充电曲线规划研究。根据电池循环次数与SOC之间的关系，将锂电池的生命周期合理划分成三大生命阶段，研究分析了马斯充电曲线理论，定性研究充电接受率的影响因素。结合传统的充电方法及影响因素，提出了锂电池三大生命阶段的充电规划方法。 4.锂电池全生命周期充电曲线规划系统设计与实验分析。以TMS320F28335为主控器搭建硬件平台，利用Microsoft Visual Studio设计上位机充电规划系统，实验平台能监测充电过程中电池参数，完成对锂电池全生命周期充电曲线规划和充电曲线的跟踪。通过实验对本文提出的锂电池全生命周期充电规划方法进行了验证，并进行了充电曲线的跟踪测试和分析。实验结果表明，本文所提出的锂电池全生命周期充电曲线规划方法具有工程可实现性和可行性。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1课题研究的背景与意义

1．2全生命周期概述

1．3国内外研究现状

1．3．1荷电状态估算方法研究现状

1．3．2国内外充电技术研究现状

1．4本文主要内容和章节安排

第二章锂电池的工作特性及模型分析

2．1动力电池性能比较

2．2锂电池充电原理

2．3常用电池模型分析

2．3．1 Rint模型

2．3．2 Thevenin模型

2．3．3 PNGV模型

2．3．4 GNL模型

2．3．5二阶RC模型

2．4锂电池特性

2．4．1锂电池充放电特性

2．4．2锂电池极化效应

2．4．3锂电池温度特性

2．5本章小结

第三章锂电池参数辨识与SOC估计

3．1开路电压与SOC关系曲线

3．2参数辨识方法原理

3．2．1系统辨识理论

3．2．2最小二乘法

3．2．3递推最小二乘法

3．3遗忘因子递推最小二乘法

3．4锂电池SOC估计算法

3．4．1扩展卡尔曼滤波的基本原理

3．4．2 SOC估计方法比较

3．4．3基于EKF的锂电池SOC估计

3．5本章小结

第四章锂电池生命周期划分与充电曲线规划

4．1生命周期阶段划分

4．2马斯充电曲线

4．3衰减系数影响因素

4．3．1放电深度对衰减系数的影响

4．3．2电流对衰减系数的影响

4．4全生命周期充电曲线规划

4．5本章小结

第五章全生命周期充电曲线规划系统设计与实验分析

5．1实验平台的搭建

5．1．1系统整体设计

5．1．2下位机交互部分

5．2软件设计

5．2．1上位机软件设计

5．2．2下位机软件设计

5．3实验验证

5．4本章小结

第六章总结与展望

6．1全文总结

6．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况

致谢