锂电池SOC估算与电池组均衡策略研究
作者单位：安徽理工大学
学位级别：硕士
导师姓名：李良光
授予年度：2021年
主 题：电动汽车 锂离子电池 SOC估算 AUKF算法 电池组均衡
摘 要：近年来,由于资源短缺以及环境污染等问题日益突出,世界各地都在大力发展电动汽车,而锂电池凭借其优异的性能和安全优势被广泛应用于电动汽车领域。关于电动汽车的研发,最关键的问题是解决续航、成本和安全性能方面的问题,因此锂电池荷电状态(SOC)估算和电池组均衡策略的研究尤为重要。本文以三元锂离子电池为研究对象,首先介绍了锂电池的内部结构和工作原理,通过实验平台探究了锂电池的主要特性。基于二阶RC等效电路对模型参数进行了离线辨识,并搭建了仿真模型进行精度验证;采用递推最小二乘法对模型参数进行了在线辨识,通过对比得出在线辨识的模型参数精度更高。介绍分析了扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波算法(UKF)在电池SOC估算中的计算流程,针对两种算法在计算过程中均无法对系统噪声进行实时更新校正,于是改进并引入自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF)对SOC进行估算。通过在脉冲放电和美国城市循环系统(UDDS)两种工况下分别对三种算法进行SOC估计与鲁棒性对比验证,由对比结果可得AUKF算法下SOC的估算精度和鲁棒性均优于EKF和UKF算法,更适合在复杂的场合下实现电池SOC的估算。在电池组均衡策略的研究方面,本文首先分析了电池组出现不一致性的原因,着重分析了电感型均衡电路的工作原理,基于此电路本文提出了一种分层均衡的控制策略,并其原理进行了分析。选定电池工作电压作为均衡变量,并设计相应的控制策略,在Matlab/Simulink中分别搭建两种均衡电路的仿真模型,模拟电池组在充电、放电和静置状态下的均衡功能。结果表明,与传统电感型均衡相比,所提分层均衡的控制策略均衡速度更快,证明了所提均衡策略的优越性。最后通过相关实验验证了所提均衡电路的有效性,即所提分层均衡策略可有效改善单体电池不一致性。图[67]表[16]参[81]
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