動力電池組SOC在線估計(jì)模型與方法研究.pdf

1、隨著近幾年國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，汽車工業(yè)在全世界得到了迅猛發(fā)展。汽車的大量使用在給人們生活帶來便利的同時，也帶來了能源消耗、環(huán)境污染等諸多負(fù)面影響。面對日益嚴(yán)重的石油過快消耗和環(huán)保問題，電動汽車作為一種新的綠色交通工具，是各國政府不約而同所提出的一種富有成效的應(yīng)對措施。在電動汽車中，電池直接作為主動能量供給部件，其工作狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到整個汽車的行駛安全性和運(yùn)行可靠性。為確保電動汽車中的電池組性能良好，延長電池組

2、使用壽命，須及時、準(zhǔn)確地了解電池的各種運(yùn)行狀態(tài)，其中尤以電池荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）的精確估算最為關(guān)鍵。本文針對動力鋰電池組的SOC在線精確估計(jì)這一問題，從鋰電池動態(tài)模型、估計(jì)算法等方面開展了廣泛深入的研究。論文主要研究工作如下:
　　(1)針對動力電池這一動態(tài)非線性系統(tǒng)，提出了一種鋰電池過程模型的具體改進(jìn)方法，并給出了相應(yīng)的模型參數(shù)在線估計(jì)算法。該方法使用放電速率比例系數(shù)對不同放電速率對動力電池SOC的

3、影響進(jìn)行建模，采用二階多項(xiàng)式擬合模型完成實(shí)際放電速率下的放電容量到標(biāo)稱容量的折算;另一方面，使用溫度比例系數(shù)對不同溫度條件對動力電池SOC的影響進(jìn)行建模，采用二階多項(xiàng)式擬合模型完成實(shí)際溫度下的放電容量到標(biāo)稱容量的折算。放電速率比例系數(shù)和溫度比例系數(shù)的有機(jī)結(jié)合可以更加客觀地描述鋰電池在實(shí)際放電速率和溫度工作條件下的放電特性，從而有效提高單體鋰電池SOC的估計(jì)精度。
　　(2)利用擴(kuò)展卡爾曼濾波、Unscented卡爾曼濾波以及粒子濾

4、波等貝葉斯濾波方法，給出了電池SOC估計(jì)的具體算法和步驟，并在多種典型電動汽車運(yùn)行工況下對相關(guān)算法進(jìn)行了仿真，對比分析了它們在SOC估計(jì)精度、收斂速度、算法復(fù)雜度及魯棒性等方面的性能。
　　(3)針對動力鋰電池由于生產(chǎn)、使用過程中所存在的個體差異，以及鋰電池使用過程中不可避免的老化現(xiàn)象，提出了一種電池模型參數(shù)與SOC聯(lián)合在線估計(jì)方法。該方法在進(jìn)行鋰電池SOC在線估計(jì)的同時，可以對電池模型參數(shù)尤其是內(nèi)阻參數(shù)進(jìn)行在線估計(jì)和更新，從而可

5、以進(jìn)一步提高電池SOC估計(jì)的精確度。
　　(4)實(shí)現(xiàn)了一個由4只容量為50Ah的動力電池組嵌入式SOC在線估計(jì)原型演示系統(tǒng)，開發(fā)了相應(yīng)的系統(tǒng)硬件和軟件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用文中所提出的基于采樣點(diǎn)卡爾曼濾波的鋰電池內(nèi)阻與SOC聯(lián)合估計(jì)算法可以快速地完成動力電池組的SOC精確估計(jì)，其最大估計(jì)誤差為5％，平均估計(jì)誤差為3％，一次估計(jì)時間約為3～4s;所開發(fā)的電池組嵌入式SOC在線估計(jì)原型系統(tǒng)符合預(yù)期效果，為后續(xù)現(xiàn)場應(yīng)用提供了較為可靠的依據(jù)