锂电池电量估算方法的设计与改进

作     者：石若楠 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程红丽;李勇

授予年度：2021年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：锂电池 剩余电量SOC 电池等效电路模型 工作状态 参数辨识 EKF 

摘      要：在绿色发展理念的背景下,以锂电池为主要动力源的电动汽车和以锂电池为储能设备的太阳能新能源应用的大力发展,促使锂电池的应用需求越来越大。准确衡量锂电池的剩余电量SOC(State of Charge),直接影响了人们的出行安全以及生活质量。所以,如何准确估算锂电池的剩余电量成为当代研究热点。造成电量估算不准确的主要原因有三个方面,一是代表电池物理特性的等效电路模型;二是电池的工作状态对等效电路模型参数的影响;三是电池剩余电量SOC估算方法精确度的影响。为了减小这三方面的影响,通过对锂电池在充放电过程中表现的外部特性进行研究,构建了锂电池的二阶RC等效电路模型。通过恒容量间歇充放电实验分别对充电状态和放电状态的锂电池模型参数进行了辨识。分别建立了充电工况和放电工况下的等效电路模型中开路电压、欧姆内阻、浓差极化电阻电容、电化学极化电阻电容与剩余电量SOC之间的函数关系。分析了影响锂电池SOC估算的主要因素,在扩展卡尔曼滤波法(EKF)的研究基础上,采用一种二阶EKF算法,并结合安时积分法与开路电压法设计了一种提高SOC估算精度的方法,即改进的扩展卡尔曼滤波算法。并将模型参数辨识的结果与改进的扩展卡尔曼滤波算法相结合,对充放电状态下锂电池剩余电量SOC分别进行估算。通过实验参数及拟合方法获得了锂电池的模型参数,完成了恒流充放电以及脉冲充放电工况下的剩余电量SOC估算。实验结果显示,恒流工况下的SOC估算最大误差不超过2.6%;脉冲工况下的SOC估算最大误差不超过3%。实验结果证明了模型参数的准确性以及所设计的SOC估算方法的有效性,提高了锂电池剩余电量SOC的估算精度。