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动力电池管理系统SOC估算方法研究

作　者: 蔡志辉
导　师: 刘国繁
学　校: 湘潭大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 荷电状态SOC 电池模型参数辨识静态SOC估算动态SOC估算
分类号: U463.633
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着全球能源匮乏以及环境问题的日益突出,电动汽车以其具有无污染物排放、具备良好的环保性能和动力能源配置的多样化等优点受到各国的高度重视,成为未来汽车发展的重点。目前,电动汽车的发展尚且存在诸多问题,车用动力电池及其能量管理系统作为其中的关键技术一直是研究的重点,而对动力电池荷电状态SOC(State Of Charge)的准确估算是保证动力电池管理系统正常运行的前提。本课题的主要内容是围绕着镍氢动力电池荷电状态SOC的估算方法来展开研究的。首先,阐述了本课题的研究背景及课题来源,分析了动力电池SOC估算方法的研究现状,说明课题研究的重要意义和现实意义。接着,介绍了镍氢动力电池的工作原理,并对动力电池荷电状态SOC的多种定义方式进行了探讨,并且分析了各种影响动力电池SOC的因素,综合比较了目前常用的动力电池SOC估算方法;在此基础上,提出了本课题关于镍氢动力电池SOC估算问题的思想及方法,即静态SOC估算原理与动态SOC估算原理。其次,从研究镍氢动力电池的充放电特性入手,着重分析了静态SOC估算原理;在不同条件下对镍氢动力电池进行充放电实验,分析得出其SOC与开路电压、充放电倍率及温度之间存在着一定的关系;并基于此原理,分别建立了静态SOC-开路电压算法、静态SOC-充放电倍率算法、静态SOC-温度算法,从而为建立动态SOC估算方法打下基础。最后,重点研究了动态SOC估算原理,它是基于动力电池模型,且参数辨识与SOC估算交替进行的方法,其模型的准确性直接影响到SOC估算结果。因此,在研究大量的动力电池模型基础上,建立镍氢动力电池动态等效电路模型,并对电池模型的参数分别采用实验方法和参数辨识法来获取;根据非线性滤波理论,对电池模型进行状态空间化,并基于模型采取动态SOC估算方法对SOC进行估算。通过实验及仿真验证,表明该电池模型与动态SOC算法具有较好的精确度、较强抗干扰能力以及鲁棒性,很好地模拟出动力电池的动态特性。本课题在理论与实践研究中取得了进展,对进一步研究镍氢动力电池SOC估算方法具有一定的参考作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题研究背景及来源  9-10
    1.1.1 课题研究背景  9-10
    1.1.2 课题来源  10
  1.2 课题研究现状及意义  10-12
    1.2.1 课题研究现状  10-11
    1.2.2 课题研究意义  11-12
  1.3 课题研究内容及结构  12-13
    1.3.1 课题研究内容  12
    1.3.2 论文结构  12-13
  1.4 本章小结  13-14
第2章镍氢动力电池概述  14-25
  2.1 镍氢动力电池工作原理  14-15
  2.2 镍氢动力电池荷电状态研究  15-19
    2.2.1 电池荷电状态SOC 定义  15-17
    2.2.2 影响电池SOC 因素分析  17-19
  2.3 常用SOC 估算方法  19-23
    2.3.1 放电实验法  19
    2.3.2 Ah 计量法  19-20
    2.3.3 开路电压法  20
    2.3.4 负载电压法  20
    2.3.5 内阻法  20-21
    2.3.6 线性模型法  21
    2.3.7 人工智能法  21-22
    2.3.8 卡尔曼滤波法  22-23
  2.4 本课题SOC 估算方法思想  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章镍氢动力电池静态SOC 算法研究  25-43
  3.1 镍氢动力电池充放电特性研究  26-28
    3.1.1 镍氢动力电池充电特性分析  26-27
    3.1.2 镍氢动力电池放电特性分析  27-28
    3.1.3 镍氢动力电池自放电特性分析  28
  3.2 静态SOC 估算方法原理  28-42
    3.2.1 镍氢动力电池静态SOC-开路电压关系  31-35
    3.2.2 镍氢动力电池静态SOC-充放电倍率关系  35-39
    3.2.3 镍氢动力电池静态SOC-温度关系  39-42
  3.3 本章小结  42-43
第4章镍氢动力电池动态SOC 算法研究  43-65
  4.1 镍氢动力电池模型研究  43-46
    4.1.1 动力电池模型简述  43-45
    4.1.2 镍氢动力电池的动态模型  45-46
  4.2 镍氢动力电池动态模型参数研究  46-53
    4.2.1 动态等效电路模型参数实验获取  46-47
    4.2.2 参数辨识基本原理  47-49
    4.2.3 动态等效电路模型参数辨识  49-53
  4.3 基于模型的动态SOC 估算方法研究  53-60
    4.3.1 动态SOC 估算方法原理  53-54
    4.3.2 镍氢动力电池模型的状态空间化  54-55
    4.3.3 动态SOC 估算方法研究  55-60
  4.4 估算方法仿真验证  60-64
    4.4.1 模型仿真验证  60-62
    4.4.2 复合SOC 估算方法仿真验证  62-63
    4.4.3 动态SOC 估算方法仿真验证  63-64
  4.5 本章小结  64-65
第5章总结与展望  65-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间发表学术论文及参与科研项目  70

动力电池管理系统SOC估算方法研究

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