電動汽車鋰離子動力電池狀態(tài)估算方法研究.pdf

1、當前日益嚴重的環(huán)境污染及能源短缺問題迫切要求汽車工業(yè)向綠色技術領域全面轉(zhuǎn)型，新能源汽車因其節(jié)能、環(huán)保、無污染等特征已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的必然方向。我國的電動汽車產(chǎn)業(yè)在國家相關政策的大力扶持下已取得了巨大的發(fā)展。但由于受限于車用動力電池系統(tǒng)相關領域內(nèi)的研究技術瓶頸，電動汽車尚存在續(xù)駛里程短、維護成本高、安全可靠性差、市場普及度低等問題。為克服這一技術發(fā)展瓶頸從而推動我國電動汽車的產(chǎn)業(yè)化進程，除了對電池本身的材料與結(jié)構進行探索以外，還需要

2、對動力電池的監(jiān)控管理技術進行進一步的深入研究，如何提高復雜工況下的動力電池狀態(tài)估算的實時性及精確性成為目前電池監(jiān)控管理技術領域的重點研究對象。針對上述問題，本課題以鋰離子動力電池為研究對象，對其外特性特征進行了深入分析，在此基礎之上對鋰離子動力電池的外特性模型建立及模型參數(shù)辨識方法展開研究，進一步針對鋰離子動力電池的狀態(tài)（包括荷電狀態(tài)與健康狀態(tài)）分析方法進行了深入探討，并結(jié)合上述研究成果，綜合運用無線通信、衛(wèi)星導航、互聯(lián)網(wǎng)及計算機等相關

3、服務工具建立動力電池遠程信息服務系統(tǒng)實現(xiàn)對動力電池的遠程狀態(tài)估算及電能管理。研究主要內(nèi)容及創(chuàng)新如下所示：
　　（1）對鋰離子動力電池在充/放電過程中的外特性特征極其影響因素（包括溫度、內(nèi)阻、容量等）進行深入分析，在此基礎之上，根據(jù)目前已有研究中常見的動力電池外特性模型，對相應的參數(shù)辨識方法展開研究，并根據(jù)對應的測試標準設計相關實驗用于對比各種外特性模型的優(yōu)劣，為后續(xù)鋰離子動力電池優(yōu)化模型的提出進行鋪墊。
　　（2）基于對各種

4、鋰離子動力電池外特性模型特征的研究分析，提出了由一階戴維寧模型與一狀態(tài)滯回特性模型組合而成的優(yōu)化外特性模型，以荷電狀態(tài)作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，重新構建了鋰離子動力電池荷電狀態(tài)估算工作模型。結(jié)合上述工作模型，運用傳統(tǒng)的非線性卡爾曼濾波算法實現(xiàn)鋰離子動力電池的荷電狀態(tài)估算。在濾波過程中對傳統(tǒng)算法的數(shù)學特征及魯棒性分析的基礎之上，提出了基于量測噪聲自適應修正的卡爾曼濾波算法，根據(jù)優(yōu)化模型的量測噪聲特性及工況跟蹤特征，設計相應的模糊規(guī)則實現(xiàn)模型量測

5、噪聲的自適應修正，以提升鋰離子動力電池荷電狀態(tài)的估算精度。為了提升狀態(tài)估算算法的實時性，將交互多模型卡爾曼濾波算法引入至鋰離子動力電池荷電狀態(tài)估算，根據(jù)電流激勵變化，劃分不同的工況區(qū)間，確定各模型荷電狀態(tài)估算結(jié)果分配權重，綜合運用動力電池信息服務系統(tǒng)的車載端與遠程服務端完成對動力電池組荷電狀態(tài)的實時精確估算。
　?。?）分析了不同加速應力因素對動力電池壽命衰減的影響及衰減區(qū)間內(nèi)動力電池的性能參數(shù)變化趨勢，選取歐姆內(nèi)阻作為動力電池健

6、康狀態(tài)的表征指標。在此基礎之上，提出了基于非耗散均衡控制策略的動力電池歐姆內(nèi)阻在線辨識方法，運用均衡器開啟及關閉瞬間在單體上產(chǎn)生的脈沖激勵，結(jié)合動力電池的端電壓隨時間變化趨勢，運用遞歸最小二乘法完成對鋰離子動力電池單體歐姆內(nèi)阻的在線辨識，并采用雙卡爾曼濾波算法用于修正由于外界噪聲引起的歐姆內(nèi)阻的量測漂移，從而實現(xiàn)動力電池健康狀態(tài)的精確預估。為了提升均衡控制精度，提出了基于動力電池模型動態(tài)參數(shù)預估的單體能量均衡控制策略，以單體開路電壓及歐

7、姆內(nèi)阻差異作為一致性表征指標，實現(xiàn)鋰離子動力電池組單體均衡的精確控制。
　　（4）建立了動力電池信息服務系統(tǒng)，結(jié)合前文的研究成果實現(xiàn)鋰離子動力電池組的遠程狀態(tài)估算。詳細描述了動力電池信息服務系統(tǒng)框架、車載端硬件架構，信息服務平臺架構，并針對遠程服務在鋰離子動力電池狀態(tài)估算領域中的應用進行了相應介紹。所設計動力電池信息服務系統(tǒng)具有較好的可擴展性，可配置性及可移植性，目前已成功應用于國內(nèi)某汽車公司生產(chǎn)的插電式混合動力汽車及小型純電動汽