MH-Ni电池充放电特性的建模与仿真

摘要

汽车行业一直面临着能源安全和环境保护两大问题，为此，混合动力电动车(HEV)应运而生，成为当代国际电动车开发的热点和潮流之一。混合动力汽车的竞争实质上是动力电池的竞争，如何经济、快速地确定蓄电池性能成为各国研究的热点。蓄电池的性能归根结底体现在剩余容量(SOC)上，SOC受到电压、电流和温度等多种因素的影响，很难用传统方法获得比较准确的剩余容量值。本文主要是利用电池类比水池建模的方法开展对镍氢电池充放电容量的预测和估计。主要研究成果如下： 首先分析了镍氢(MH-Ni)电池的基本工作原理和充放电特性。MH-Ni电池具有高比容量、高比功率等优点，一直作为混合动力电动车用蓄电池的首选。由于MH-Ni电池的动态特性十分复杂，如何准确判定其荷电状态成了制约电动车实用化、商品化的因素之一。MH-Ni电池的剩余容量受到放电电流、开路电压、温度、电池老化以及电池之间不均衡性等多种因素的影响，因此对剩余容量的估计和预测具有一定的难度。目前国内外常用的预测镍氢电池剩余容量的方法主要有如下几种：开路电压法、安时法、内阻法、线性模型法等。这些方法各有优缺点，本文在综合理解各种方法的基础上，提出了类比建模法预测镍氢电池剩余容量的思想。通过水池模型类比电池进行镍氢电池的充放电特性分析，能够将复杂的问题简单化，从宏观上理解具有复杂非线性特征的混合动力电动汽车蓄电池模型的特性，使预测结果更加准确，计算过程更快速。 本论文的作者和指导老师在总结前人的基础上提出了类比建模的数学模型，围绕该模型的建立进行了多次MH-Ni电池充放电试验，并对所获得的实验数据进行辨识和仿真，不断改进模型参数，实现了对镍氢电池充放电过程中任一状态下的剩余容量的预测，并对预测的结果进行了分析。结果表明，通过该模型可以方便地得到电池的剩余容量值，所得结果满足要求，为电池管理系统提供了一种新的电池剩余容量预测方法。

目录

文摘

英文文摘

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1引言

1.1电动车发展简介

1.1.1电动车的发展及其意义

1.1.2现状及国内外发展趋势

1.2课题的背景、意义及研究内容

1.2.1课题的背景及意义

1.2.2课题研究的内容

1.3本章小结

2 MH-Ni电池剩余容量预测的概念与方法

2.1电动车用蓄电池性能比较

2.1.1电动汽车用蓄电池的性能指标

2.1.2几种电动车常用的蓄电池性能比较

2.1.3混合动力电动车对蓄电池性能的要求

2.1.4混合动力电动车用电池的选择

2.2镍氢电池的基本工作原理

2.2.1镍氢蓄电池结构及充放电反应

2.2.2反应历程

2.2.3镍氢蓄电池的基本电特性

2.3影响充放电状态和剩余容量的因素

2.3.1 MH-Ni蓄电池剩余容量的概念

2.3.2影响剩余容量的因素

2.4剩余容量估计的方法研究

2.4.1剩余容量估计的意义和难点

2.4.2常用的电池剩余容量(SOC)的估算方法

2.4.3本课题所采用的方法介绍

2.5本章小结

3 MH-Ni电池的特性分析及其剩余容量估计

3.1几种常见的蓄电池模型

3.1.1内阻模型

3.1.2阻容模型

3.1.3 Randels-Ershler模型

3.2类似建模法的提出

3.2.1类似建模法的思想根源

3.2.2 MH-Ni电池类似建模法的分析

3.2.3水池模型

3.3 MH-Ni电池充放电特性分析

3.3.1试验方案设计

3.3.2 MH-Ni电池RO与SOC关系的思考

3.3.2系统辨识法处理数学模型

3.4本章小结

4MH-Ni电池充放电特性的仿真

4.1 MH-Ni电池充放电特性仿真

4.2仿真结果分析

4.3本章小结

5全文总结与展望

5.1全文总结

5.2存在的问题和工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢