SOC估算方法研究及其在新能源汽车电池管理系统中应用

摘要

伴随着能源危机和环境污染问题的日益告急，同时人们生活水平的提高，越来越多的家庭选择购车，无形中推动着全球汽车产业的发展，纯电动汽车的研究也越来越受到重视。随之产生的还有电池管理系统。电池管理技术就是通过实时检测电池状态，并据此提供电池(组)的优化使用方法，保障其使用的安全性和长寿命；提高车辆运行的效率、驾驶的舒适性，实现电池容量和能量利用的高效性。
　　本论文来源于工信部国家电子产业发展基金项目，在该项目的支撑下，研究适用于磷酸铁锂动力电池管理系统以及SOC估算方法。
　　本文首先介绍了本课题的研究背景，阐明本课题的选题意义与研究内容。与此同时，回顾了电动汽车的发展历史以及动力电池的现状，并分析了目前国内外电池管理系统的研究现状，指出电池剩余电量的估计在电动汽车动力电池管理系统中的重要性。综述了本文的主要研究内容，包括电池管理系统的功能，磷酸铁锂电池特性的分析以及SOC估算方法的研究。
　　本文在第二章和第三章中，重点研究磷酸铁锂锂电池的电压、温度，效率，老化等特性，并针对其特性设计SOC的估算方法，为更好的估算电池组的剩余电量提供优化方法。第四章，针对磷酸铁锂电池在充放电过程中电压特性呈现出一个平台期，通过比较扩展卡尔曼滤波算法与无味卡尔曼滤波算法的优缺点，最终采用无味卡尔曼滤波算法，对电池建模处理此时SOC。第五章，分析了算法实现的硬件和软件平台，根据磷酸铁锂电池所具备独有特性，以及其显著特点，在实验中通过对本文SOC估算方法与Ah法和卡尔曼滤波方法比较得出估算误差和估算精度，实验结果证明该方法可行性、有效性与精确性。最后总结全文。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1 电动汽车的发展

1.1.1 电动汽车的发展历程

1.1.2 纯电动汽车的发展趋势

1.2 动力电池的现状

1.2.1 动力电池概述

1.2.2 锂离子电池概述

1.3 电池管理系统的研究现状

1.3.1 电动汽车电池管理系统概述

1.3.2 国内外电池管理系统研究现状

1.4 课题来源与本文研究内容

1.5 本章小结

第二章 电池管理系统基本功能及SOC估算方法的研究

2.1 电动汽车电池管理系统的基本功能

2.1.1 电池状态的监测与分析

2.1.2 电池信息的管理

2.1.3 电池安全的监控

2.2 SOC定义及估算方法

2.2.1 SOC的定义

2.2.2 常用SOC估算方法比较

2.2.3 现有SOC估算方法的优缺点

2.3 本章小结

第三章 磷酸铁锂电池SOC估算方法研究

3.1 磷酸铁锂电池概述

3.1.1 磷酸铁锂电池的电动势特性

3.1.2 磷酸铁锂电池的超电势特性

3.1.3 磷酸铁锂电池特性的综合分析

3.2 修正型安时估算方法

3.2.1 修正型安时估算法概述

3.2.2 具体因素修正方法

3.2.3 磷酸铁锂电池的SOC估算模型

3.3 本章小结

第四章 无味卡尔曼滤波处理平台期SOC

4.1 卡尔曼滤波(KF)

4.2 扩展卡尔曼滤波法(EKF)

4.3 无味卡尔曼滤波法(UKF)

4.3.1 无味变换的基本思路与算法

4.3.2 UKF滤波方法

4.4 UKF估算磷酸铁锂电池平台期SOC值

4.4.1 锂电池系统的非线性模型

4.4.2 试验研究

4.5 本章小结

第五章 实验系统的实现与验证

5.1 算法实现平台

5.1.1 电池模块

5.1.2 检测模块

5.1.3 控制模块

5.1.4 监控PC

5.2 算法软件设计

5.3 实验与仿真结果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结全文

6.2 展望未来

参考文献

硕士期间参与的科研项目

攻读硕士学位期间发表的论文

获奖情况