基于改进型无迹卡尔曼滤波的锂离子电池峰值功率预测

作     者：张奥 

作者单位：盐城工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：彭思敏

授予年度：2024年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：锂离子动力电池 等效电路模型 荷电状态 功率状态 无迹卡尔曼滤波 

摘      要：锂离子动力电池的功率状态SOP是电池管理系统的核心数据之一。准确的SOP预测有助于电池系统进行控制策略,保障车辆行驶能力,延长电池使用寿命,确保电池的安全。本文将考虑SOC对SOP的约束影响,以SOC的高精度估计为目标,利用SOC估计值实现对电池峰值功率SOP的预测。具体展开了以下的工作:(1)介绍了当今电动汽车的发展前景背景,阐述了锂离子动力电池SOC和SOP的研究背景和意义。归纳总结了现有的SOC预测和SOP预测的不同方法及其优缺点,介绍了精确得到SOC估计值与SOP预测值的困难。确定了本文选择的研究方向和相关工作。(2)介绍了锂离子电池的相关特性参数,对锂离子动力电池的相关测试平台和试验进行了说明,确定了试验所用的电池测试数据集来源,为后续试验的进行提供数据试验支持。(3)对比了不同等效电路模型的各自特点,选定二阶RC等效电路模型为本文的基础电路模型,在Simulink环境中利用上一章节电池测试平台得到的脉冲放电数据集进行二阶RC等效电路的参数辨识。将模型所有参数与SOC进行函数拟合,构建关于SOC变量的等效带电路模型,并在CCDS工况和UDDS工况下进行精度验证,为后续试验的进行提供试验模型。(4)介绍了无迹卡尔曼滤波的基本原理,并结合锂离子电池的系统特点,对现有滤波在估计电池SOC时存在的电池模型噪声积累和电池模型非线性造成矩阵伪证定性的两个问题进行了分析和相应的改进,利用设计的双系数跟踪器完成对电池状态噪声的跟踪和修正,同时对滤波的矩阵进行一定的计算优化,实现SOC的精确预测。(5)利用端电压约束的电流、电池设计约束额电流,再结合电池荷电状态SOC在放电周期末端的约束电流实现三参数的电流分段约束,结合实时端电压,实现电池的SOP预测。试验在Matlab和Simulink中进行,并在恒流工况和UDDS工况下进行精度验证。结果表明,恒流工况下,SOP最大误差达到了0.18W,均方根误差达到了0.06;UDDS工况下,SOP最大误差达到了0.21W,均方根误差达到了0.06,实现SOP的精确预测。