锂动力电池改进SOC估算及多层双向自均衡方法研究

摘要

由于能耗与污染给汽车发展带来巨大障碍，而电动汽车以低能耗、零污染排放的优势成为汽车产业发展的新生力量。在众多电池中，锂动力电池以容量大、能量密度高、循环使用寿命长、性价比高等优点成为动力电池的主流。但是，锂动力电池单体电量少、对温度、过压、过流等敏感，且锂离子高活跃性等易造成电池安全稳定性降低，因此，锂动力电池管理技术成为关键。
　　本文针对锂电池的非线性、动态过程不稳定等特性导致已有SOC估算方法不能较好适用于锂电池等问题，建立改进二阶等效锂电池模型，并针对模型参数实时变化特点提出带遗忘因子的递推最小二乘模型参数辨识方法。同时，针对SOC估算精度低、复杂度高、稳定性差等问题，提出一种融合安时法、开路电压法、卡尔曼滤波法的改进SOC估算方法。仿真实验表明，论文改进的SOC估算方法电池模型精度高、SOC估算值误差小、复杂度低且鲁棒性好。电池均衡是解决电池不一致问题的最有效技术。本文以锂动力电池双层分布式结构为基础，设计基于电容的区域均衡与基于多层反激变压器的全局均衡的多层双向均衡电路。同时，为实现充电与非充电过程双向自均衡目标，设计基于SOC关键参数的均衡判据，实现对均衡电路开关正反开闭的有效控制。另外，考虑到充电模式对充电均衡过程的影响，在SOC均衡判据基础上增加基于充电SOC分布情况影响下的开关开闭条件。仿真实验结果表明该均衡方法效果好、能耗低。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电池SOC估算技术

1．2．2 电池均衡技术

1．3 论文主要内容

1．4 论文结构

2 锂动力电池性能特性分析

2．1 动力电池性能特性

2．1．1 电气特性参数

2．1．2 参数性能对比

2．2 锂动力电池工艺特性

2．2．1 锂动力电池分类

2．2．2 化学特性

2．3 锂动力电池性能评估参数

2．3．1 物理参数

2．3．2 评估参数

2．4 锂动力电池SOC估算问题

2．5 锂动力电池均衡问题

2．6 小结

3 锂动力电池SOC估算方法

3．1 锂电池等效模型

3．1．1 等效模型分类

3．1．2 改进二阶等效电池模型

3．1．3 锂动力电池模型参数在线辨识

3．2 SOC估算方法

3．2．1 物理法

3．2．2 卡尔曼滤波SOC估算方法

3．2．3 多方法融合的卡尔曼滤波改进SOC估算方法

3．3 仿真实验及结果分析

3．3．1 仿真环境

3．3．2 模型参数在线辨识仿真实验

3．3．3 卡尔曼滤波SOC估算仿真实验

3．3．4 多方法融合的卡尔曼滤波改进SOC估算方法仿真实验

3．3．5 仿真结果分析

3．4 小结

4 锂动力电池均衡方法

4．1 锂动力电池双层结构

4．2 锂动力电池充电策略

4．3 基于SOC的多层次锂动力电池双向自均衡方法

4．3．1 双向均衡电路结构

4．3．2 SOC均衡判据

4．3．3 多层次协调控制的自均衡策略

4．4 仿真实验及结果分析

4．4．1 均衡仿真模型

4．4．2 区域均衡仿真实验

4．4．3 全局均衡仿真实验

4．4．4 仿真结果分析

4．5 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要研究的成果

致谢