動(dòng)力鋰電池的建模、狀態(tài)估計(jì)及管理策略研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源危機(jī)是世界各國(guó)面對(duì)的兩大難題，電動(dòng)汽車作為一種零排放的交通工具是解決環(huán)境與能源問(wèn)題的一個(gè)優(yōu)選方案。針對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，本文依托復(fù)雜系統(tǒng)的建模與分析手段以及現(xiàn)代濾波技術(shù)，開展動(dòng)力鋰電池的建模、狀態(tài)估計(jì)和管理策略的研究，目的是建立一套涵蓋動(dòng)力系統(tǒng)建模、估計(jì)與控制的理論與方法體系，為儲(chǔ)能系統(tǒng)的精細(xì)化、安全化、高效化管理提供借鑒。本論文的主要工作如下:
　　(1)精確的電池模型有助于電池的行為描述與分析，也

2、是電池狀態(tài)估計(jì)的基礎(chǔ)和前提。鋰電池本身是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的非線性和時(shí)變性，同時(shí)電池的參數(shù)易受外界環(huán)境等因素的影響，增加了電池在隨機(jī)環(huán)境下建模的難度?；趯?duì)電池內(nèi)部機(jī)理和外部行為的分析，本文提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電池建模與參數(shù)辨識(shí)方法。
　　(2)提出了基于多模型切換策略的電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，通過(guò)引入改進(jìn)解釋結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)了四種典型電化學(xué)模型的切換，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)算法的精度和實(shí)時(shí)性進(jìn)行了驗(yàn)證;分析了溫度對(duì)庫(kù)倫效率的影響

3、，建立了電池的容量保持率模型，提出了一種基于容量保持率模型的荷電狀態(tài)估計(jì)方法，在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中分析了漂移電流對(duì)估計(jì)精度的影響;針對(duì)傳統(tǒng)卡爾曼濾波器方法在解決非線性、非高斯系統(tǒng)的狀態(tài)變量估計(jì)問(wèn)題時(shí)容易出現(xiàn)發(fā)散的問(wèn)題，提出一種基于貝葉斯估計(jì)理論的電池荷電和能量狀態(tài)估計(jì)方法，并通過(guò)動(dòng)態(tài)工況下的實(shí)驗(yàn)對(duì)該方法的精度和魯棒性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(3)研究了電池被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡的電路拓?fù)浜途饪刂撇呗?，針?duì)被動(dòng)均衡的不足，提出了一種基于雙向DC/D

4、C的主動(dòng)均衡電路?；趯?duì)電池模型和電池狀態(tài)估計(jì)方法的研究，提出了基于荷電狀態(tài)的電池主動(dòng)均衡控制策略，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了不同均衡策略的性能。
　　(4)將鋰電池的建模與狀態(tài)估計(jì)方法拓展到鋰電池/超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的建模與狀態(tài)估計(jì)中。創(chuàng)造性地提出了基于雙濾波器的參數(shù)與狀態(tài)聯(lián)合估計(jì)器，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器和無(wú)跡卡爾曼濾波器分別對(duì)鋰電池和超級(jí)電容的模型參數(shù)以及荷電狀態(tài)進(jìn)行更新和估計(jì)。為了降低模型參數(shù)的收斂時(shí)間，在參數(shù)更新階段采用遞推最小二乘