鋰電池動力電源管理系統(tǒng)及電池參數(shù)估算策略研究.pdf

1、磷酸鐵鋰電池具有比能量高、循環(huán)使用壽命長、自放電率低、無記憶效應(yīng)、綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點，是目前公認的具有廣闊應(yīng)用前景的車輛動力電池。應(yīng)用于動力電源系統(tǒng)中的鋰電池應(yīng)串并聯(lián)成組使用，使用電源管理系統(tǒng)來抑制電池組中各單體電池之間的性能差異，防止因單體電池損壞而影響整套電池組的性能，提高蓄電池組的儲能效率確保其運行安全。電池的荷電狀態(tài)是鋰電池不可直接觀測的重要參數(shù)之一，其觀測精度直接依賴于電池的物理參數(shù)。因運行條件的變化，鋰電池的物理參數(shù)時變且存

2、在不確定性，電池等效模型參數(shù)不確定。蓄電池模型本質(zhì)上即為非線性模型，模型參數(shù)的不確定性進一步增加了蓄電池荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)的估算困難，這從很大程度上制約了鋰電池的應(yīng)用，也因此吸引了國內(nèi)外學(xué)者進行了大量研究。將鋰電池應(yīng)用于礦用輔助運輸車輛，解決動力電池成組、運行數(shù)據(jù)檢測與系統(tǒng)保護等問題，已成為確保礦用輔助運輸車輛安全高效運行的關(guān)鍵問題。研發(fā)高效可靠的蓄電池管理系統(tǒng)，實現(xiàn)鋰電池動力電源系統(tǒng)運行參數(shù)的實時準確估算，對推動鋰離子蓄電池在礦山輔助

3、運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要意義。
　　鋰電池電源管理系統(tǒng)包括單體電池檢測與均衡控制系統(tǒng)、模塊控制系統(tǒng)、總成控制系統(tǒng)等主要功能設(shè)備。本文研究了適用于鋰電池動力電源系統(tǒng)的電源管理系統(tǒng)，采用現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)了鋰電池電源管理系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)。研究了溫度、電壓、電流檢測系統(tǒng)，解決了電源管理系統(tǒng)中總線型傳感器的容錯搜索與節(jié)點定位問題。給出了一種以微控制器作為一線總線主機實現(xiàn)一線總線器件異步讀寫的方法，提高了溫度數(shù)據(jù)獲取的實時性。
　　研究了

4、模型準確性的提高和估算結(jié)果的補償兩個鋰電狀態(tài)參數(shù)估計過程中的關(guān)鍵問題。對模型參數(shù)辨識算法進行單獨研究，從源頭上提高了狀態(tài)估計模型的準確性。研究模型攝動與電池運行狀態(tài)估計結(jié)果的關(guān)系，尋找估計結(jié)果誤差與模型誤差的內(nèi)在聯(lián)系，形成有效的模型參數(shù)補償手段，以卡爾曼濾波算法實現(xiàn)了鋰電參數(shù)精確估算。參數(shù)辨識采用了開環(huán)結(jié)構(gòu)，而狀態(tài)變量的估計采用了閉環(huán)結(jié)構(gòu)。將包含了不確定性的等效模型設(shè)計在閉環(huán)內(nèi)，可更有針對性地獲取更為準確的等效模型，以參數(shù)補償和修正策略

5、實現(xiàn)鋰電運行狀態(tài)的閉環(huán)估計，最終獲取高精度的鋰電狀態(tài)估算結(jié)果。
　　針對鋰離子蓄電池等效電路模型參數(shù)辨識問題，對比研究了兩種典型的等效電路模型以及兩種不同的參數(shù)辨識方法，得出了模型階次、采樣周期對參數(shù)辨識結(jié)果的影響規(guī)律。采用基于最小二乘法的多項式擬合方法對鋰電池的脈沖負載特性進行多項式擬合，以數(shù)值解法對時域狀態(tài)響應(yīng)方程組進行求解，得出了等效電路的參數(shù)從而實現(xiàn)了等效電路的參數(shù)辨識。將兩種等效電路模型的時域狀態(tài)響應(yīng)方程作為回歸方程，以