电动汽车动力电池组可用容量评估方法研究

摘要

受环境污染和能源危机的影响，新能源汽车被列为国家重点扶持产业，未来新能源汽车的占有率会逐年递增，锂离子电池的性能优势使其成为纯电动车和混合动力汽车的动力电池首选。由于锂离子电池的固有特性导致电池SOC和SOH等状态参数很难直接被测量，所以电池模型和电池状态参数的研究一直是行业的热点。电池管理系统作为新能源汽车的重要组成部分是电池安全工作的保障，也是电池状态参数估算的设备平台，如何在电池管理系统中对电池状态参数准确估算目前仍是个技术难题。本文将在电池管理与测试系统平台的搭建基础上对动力电池可用容量和SOH的估算方法进行研究。
　　首先研究锂离子电池的工作原理及电池结构特征，分析电池的电压特性、电池的温度特性、电池的内阻特性和电池的循环特性，并研究锂离子电池在使用过程中导致电池容量衰减的几种主要因素。
　　其次分析几种常用等效电路模型的特征及优缺点，选择二阶RC等效电路模型模拟锂离子电池的工作特性，运用递推RLS算法对电池模型参数辨识估计，并验证电池模型实用性，为后期的可用容量估算获得了参数估算值。
　　然后研究几种常用的电池可用容量估算方法，基于所选用的电池模型利用扩展卡尔曼滤波法对电池SOC进行估算，将获得的SOC值和库伦计数法所得到的SOC值进行比对，综合选取当前时刻的SOC值，最后利用SOC值和可用容量的关系得到电池可用容量和电池SOH值。
　　最后搭建实验平台，验证电池模型的实用性，通过单体电池和成组电池的实验结果对所提出的方法进行验证，分析实验结果可看出所选的估算方法在精度方面具有很好的实验效果。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 课题的研究现状

1．2．1 BMS的功能模块

1．2．2 BMS的发展现状

1．2．3 电池可用容量的评估现状

1．3 本文研究的主要内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要研究内容

第二章 锂离子电池的基本特性与容量衰减分析

2．1 锂离子电池结构及工作原理研究

2．1．1 锂离子电池结构

2．1．2 锂离子电池的原理

2．2 锂离子电池基本特性分析

2．2．1 电池的电压特性

2．2．2 电池的内阻特性

2．2．3 电池的效率特性

2．2．4 电池的循环特性

2．3 锂离子电池可用容量衰减分析

2．3．1 过充电

2．3．2 电解液分解

2．3．3 自放电

2．3．4 电极不稳定性

2．3．5 集流体

2．4 本章小结

第三章 动力电池可用容量评估模型

3．1 电池模型分析

3．2 电池等效电路模型研究

3．2．1 Rint模型

3．2．2 Thevenin模型

3．2．3 PNGV模型

3．2．4 GNL等效电路模型

3．3 电池建模及参数辨识

3．3．1 模型的选用

3．3．2 模型参数辨识过程

3．3．3 模型参数的估计

3．4 本章小结

第四章 动力电池可用容量与SOH估箅

4．1 可用容量与SOH的定义

4．2 常用可用容量估算方法分析

4．2．1 实验技术法

4．2．2 自适应方法

4．3 基于EKF算法估算电池SOC

4．3．1 EKF算法研究

4．3．2 二阶RC模型的状态空间方程

4．3．3 EKF估算电池SOC实现过程

4．4 电池可用容量与SOH估算

4．4．1 混合SOC估算方法

4．4．2 可用容量与SOH估算

4．5 本章小结

第五章 实验平台搭建及结果验证分析

5．1 实验平台搭建

5．1．1 平台硬件模块

5．1．2 平台软件模块

5．2 电池模型验证分析

5．3 估算结果验证分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间学术成果和科研项目情况