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考虑电池参数时变的SOC扩展卡尔曼滤波估算算法研究

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考虑电池参数时变的SOC扩展卡尔曼滤波估算算法研究

作者：祁朋伟重庆理工大学

学位级别：硕士

随着电动汽车的迅速发展,动力电池作为电动汽车核心部件越来越受到重视。电动汽车动力电池必须配备电池管理系统(Battery Management System,BMS),电池荷电状态(State of Charge,SOC)估算是BMS最基础和核心的功能,准确估算SOC一直是BMS... 详细信息

随着电动汽车的迅速发展,动力电池作为电动汽车核心部件越来越受到重视。电动汽车动力电池必须配备电池管理系统(Battery Management System,BMS),电池荷电状态(State of Charge,SOC)估算是BMS最基础和核心的功能,准确估算SOC一直是BMS开发的重点和难点。本文以锂离子电池为研究对象,结合电池的非线性特性,对电池SOC估算方法进行研究,论文的主要内容包括:(1)锂离子电池特性试验和性能分析。以NCR18650PF动力电池组为研究对象,搭建电池组试验平台。对锂离子电池的工作特性和性能影响因素进行试验研究。综合电池容量的影响因素提出了SOC的定义。为后面电池参数辨识和SOC估算奠定了理论基础。(2)电池模型参数辨识及建模。通过比较不同类型的等效电路模型,选用二阶RC等效电路模型。因为电池系统具有时变性和非线性特性,模型的RC参数会随着充放电倍率、SOC、温度的不同而发生较大改变。本文采用模拟退火算法,根据不同放电倍率、不同SOC下的回弹电压数据,对电池在不同放电倍率和SOC下的RC参数进行辨识。在离线状态下统计得到模型参数随放电倍率和SOC的变化情况,通过查表的方法获取连续充放电状态动力电池模型的参数,完成对模型参数的在线辨识。基于MATLAB/Simulink搭建动力电池模型,将工况电流值作为模型输入,电池端电压的试验值和仿真值误差较小,从而验证了模拟退火算法对动力电池参数辨识的准确性。(3)模型参数时变的扩展卡尔曼滤波(Extend Kalman Filter,EKF)算法对电池组SOC估计。基于二阶RC等效电路模型,在MATLAB/Simulink中搭建EKF算法模型,根据不同电流和SOC状态下辨识得到的电池模型参数对EKF的系统矩阵参数实时更新,将估算得到的SOC值与理论值相比误差较小,验证了SOC估算方法的准确性。(4)SOC估算策略硬件在环验证。基于MATLAB/Simulink和NI/PXI实时测控系统搭建了SOC估算策略硬件在环平台。将电池模型部署在实时处理器当中,SOC估算策略导入到真实的控制器中,通过半实物仿真技术验证了SOC估算策略的实时性和有效性。

关键词： SOC估算模型参数辨识扩展卡尔曼滤波硬件在环

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基于模拟退火算法的锂电池模型参数辨识

汽车工程 2018年第12期40卷 1418-1425页

作者：罗勇祁朋伟阚英哲李沛然刘莉崔环宇中国汽车工程研究院股份有限公司汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室重庆400054 重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 重庆青山工业有限责任公司技术中心重庆400054

为建立准确的电池模型,以精确估算电池荷电状态,本文中通过试验获取锂电池在不同充放电电流和SOC下的充放电特性,进而对不同充放电电流和SOC下的电池R及C参数进行辨识。针对该参数辨识过程中参数初始值未知、数据处理量大、易陷入局部... 详细信息

为建立准确的电池模型,以精确估算电池荷电状态,本文中通过试验获取锂电池在不同充放电电流和SOC下的充放电特性,进而对不同充放电电流和SOC下的电池R及C参数进行辨识。针对该参数辨识过程中参数初始值未知、数据处理量大、易陷入局部最优点的特点,采用无需初始参数、收敛速度快、能获得全局最优解的模拟退火算法对电池R及C参数进行辨识。仿真和试验结果表明,采用以上方法建立的电池模型具有较高精度。

关键词：电动汽车电池管理系统参数辨识模拟退火算法

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基于容量修正的安时积分SOC估算方法研究

汽车工程 2020年第5期42卷 681-687页

作者：罗勇祁朋伟黄欢王佳男王毅李沛然重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 中国汽车工程研究院股份有限公司汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室重庆400054 重庆青山工业有限责任公司技术中心重庆400054

针对传统安时积分SOC估算法将电池容量视为定值而带来的误差,提出了带容量修正的安时积分法,它通过开路电压法确定电池组SOC初始值,再由电池组充放电试验得到不同倍率、库伦效率、温度等对电池容量的修正因子。仿真与试验结果表明,经改... 详细信息

针对传统安时积分SOC估算法将电池容量视为定值而带来的误差,提出了带容量修正的安时积分法,它通过开路电压法确定电池组SOC初始值,再由电池组充放电试验得到不同倍率、库伦效率、温度等对电池容量的修正因子。仿真与试验结果表明,经改进的安时积分法可有效消除各种误差,估算结果精度较高,可用于SOC的实时估算或作为评价其它SOC估算策略的基准。

关键词：电池管理系统 SOC估算安时积分法充放电试验

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纯电动汽车驱动控制策略研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2019年第3期33卷 7-14页

作者：罗勇刘莉王毅祁朋伟吴霏崔环宇重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 重庆青山工业有限责任公司技术中心重庆400000

提出了一种以加速踏板开度及其变化率、SOC为主要输入参数,利用模糊控制来确定目标转矩的纯电动汽车驱动控制策略,并详细阐述了其控制原理。基于Matlab/Simulink,结合理论知识和实验数据,建立了纯电动汽车仿真模型,并进行离线仿真验证... 详细信息

提出了一种以加速踏板开度及其变化率、SOC为主要输入参数,利用模糊控制来确定目标转矩的纯电动汽车驱动控制策略,并详细阐述了其控制原理。基于Matlab/Simulink,结合理论知识和实验数据,建立了纯电动汽车仿真模型,并进行离线仿真验证。仿真结果表明:该车辆模型是正确的,驱动控制策略具有合理性。

关键词：纯电动汽车驱动控制策略建模仿真

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纯电动车用永磁同步电机控制策略研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2019年第2期33卷 1-7页

作者：罗勇吴霏刘增玥刘莉祁朋伟韦永恒重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 重庆青山工业有限公司技术中心重庆400000

降低内置式永磁同步电机(IPMSM)损耗、提高系统效率对于提高纯电动汽车的续航里程具有重要意义。在低速阶段,电机能提供大扭矩,使转速快速达到目标转速,对跟踪目标车速、改善电动汽车的动力性意义重大。在基速以下,对PMSM采用最大转矩... 详细信息

降低内置式永磁同步电机(IPMSM)损耗、提高系统效率对于提高纯电动汽车的续航里程具有重要意义。在低速阶段,电机能提供大扭矩,使转速快速达到目标转速,对跟踪目标车速、改善电动汽车的动力性意义重大。在基速以下,对PMSM采用最大转矩比电流(MTPA)控制,发现与id=0控制相比,能提高PMSM的效率,并加快转速的动态响应过程,增强汽车动力性的同时,提高了经济性;在基速以上,对PMSM采用弱磁控制,拓宽电机的转速范围,提高了汽车的高速稳定运行范围。

关键词：纯电动汽车内置式永磁同步电机矢量控制

安时-卡尔曼交叉运行的电池荷电状态估算策略及其微控制器在环验证

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高技术通讯 2017年第6期27卷 559-566页

作者：罗勇阚英哲祝传美赵小帅祁朋伟龙克俊重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054

为了提高电池管理系统(BMS)的性能,研究了电池荷电状态(SOC)的估算方法,并根据SOC估算算法精度和系统实时性要求,提出了安时(AH)积分算法-卡尔曼(Kalman)算法(AH-Kalman)交叉运行的SOC估算策略。该策略用开路电压(OCV)法确定SOC初值,以... 详细信息

为了提高电池管理系统(BMS)的性能,研究了电池荷电状态(SOC)的估算方法,并根据SOC估算算法精度和系统实时性要求,提出了安时(AH)积分算法-卡尔曼(Kalman)算法(AH-Kalman)交叉运行的SOC估算策略。该策略用开路电压(OCV)法确定SOC初值,以实时性较强的AH积分法为主,采用间歇运行的Kalman滤波法修正安时计量法积分误差。建立了系统仿真模型,验证了卡尔曼滤波算法对安时积分法积累误差的修正作用。将控制算法生成C代码下载到目标控制器,搭建微控制器在环测试验证(PILS)平台,进行了与传统卡尔曼滤波算法的复杂度对比分析。结果表明,所提出AHKalman交叉运行的SOC估算策略在保证了SOC估算精度的同时也具有较好的实时性,便于实际应用。

关键词：电池荷电状态(SOC)估算算法微控制器在环测试 c代码生成卡尔曼滤波法

金属带式CVT电液控制系统硬件在环仿真研究

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重庆理工大学学报（自然科学） 2020年第7期34卷 27-34,56页

作者：罗勇韦永恒罗建文李沛然祁朋伟崔环宇重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 中国汽车工程研究院股份有限公司汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室重庆400054 重庆青山工业有限责任公司重庆400054

CVT由于具有结构紧凑、平顺性好、优良燃油经济性等特点,在汽车传动系统研究领域应用广泛。传统离线仿真受数学建模等局限性,难以保证仿真结果的可信度和精度。硬件在环仿真测试能够模拟汽车在实际中的各种极限工况,重复性好,同时可以... 详细信息

CVT由于具有结构紧凑、平顺性好、优良燃油经济性等特点,在汽车传动系统研究领域应用广泛。传统离线仿真受数学建模等局限性,难以保证仿真结果的可信度和精度。硬件在环仿真测试能够模拟汽车在实际中的各种极限工况,重复性好,同时可以在测试过程中修改模型方案和快速进行验证,极大程度地降低控制系统开发过程中的成本,缩短开发周期,提高模型的准确程度。基于NI-PXI硬件在环测试系统与NI公司提供的VeriStand软件搭建金属带式CVT硬件在环测试平台,同时利用ECM控制单元和Woodward公司提供的MotoHawk、MotoTune软件下载控制算法模型,对CVT电液控制系统模型与控制算法进行联合仿真完成实时仿真验证。测试结果证明设计的CVT硬件在环仿真系统的有效性与准确性良好。

关键词：无级变速器电液控制联合仿真硬件在环

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车用动力电池二阶RC建模及参数辨识

储能科学与技术 2019年第4期8卷 738-744页

作者：罗勇赵小帅祁朋伟刘增玥邓涛李沛然中国汽车工程研究院股份有限公司汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室重庆400054 重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 重庆青山工业有限责任公司重庆400054

建立精确的动力电池模型是电池管理系统(batterymanagementsystem,BMS)开发过程中的重要环节,电池系统具有较强的非线性特性,其模型参数随多种因素的变化而变化。在电池模型参数辨识过程中,考虑的可变因素越多,辨识结果越准确,但模型的... 详细信息

建立精确的动力电池模型是电池管理系统(batterymanagementsystem,BMS)开发过程中的重要环节,电池系统具有较强的非线性特性,其模型参数随多种因素的变化而变化。在电池模型参数辨识过程中,考虑的可变因素越多,辨识结果越准确,但模型的运行速度将降低,影响其实际应用。在各种可变因素中,电池荷电状态(stateofcharge,SOC)对电池模型参数的影响最为显著,对不同SOC下电池模型参数进行辨识并应用于电池模型,将在提高模型精度的同时保持较好的实时性。本文以动力锂电池为对象,采用二阶RC等效电路模型,通过试验得到电池组在不同SOC下的回弹电压数据,采用最小二乘拟合法辨识不同SOC状态下的模型参数。在此基础上搭建模型参数随SOC变化的实时仿真模型,并对模型进行仿真和试验验证,结果表明模型具有较高的精度和实时性。

关键词：新能源汽车电池管理系统参数辨识二阶RC模型

内生真菌浸种对燕麦生长和根部内生真菌群落的影响

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草业学报 2025年第1期 151-160页

作者：郭璟王越祁存英李静青海理工学院生态与环境科学学院青海省高原气候变化及其生态环境效应重点实验室

内生真菌在促进植物生长、增强抗逆性、改变植物根部微生物群落结构等方面有着重大的研究和开发价值。本研究采用内生真菌（木霉菌ADK和黄绿卷毛菇AF）浸种燕麦的方法开展田间试验，通过测定燕麦生长指标、生理生化指标、根际土壤理化... 详细信息

内生真菌在促进植物生长、增强抗逆性、改变植物根部微生物群落结构等方面有着重大的研究和开发价值。本研究采用内生真菌（木霉菌ADK和黄绿卷毛菇AF）浸种燕麦的方法开展田间试验，通过测定燕麦生长指标、生理生化指标、根际土壤理化指标，评价内生真菌浸种对燕麦的促生效果，并利用高通量测序技术研究内生真菌浸种对燕麦根部内生真菌群落组成的影响。结果表明：2种内生真菌均能促进燕麦株高生长，增加根长、干重、鲜重等，其中，ADK对燕麦生长性状影响最显著（P<0.05）,AF对燕麦产量增加最显著（P<0.05）。内生真菌对燕麦生理也有显著影响（P<0.05）,ADK和AF组过氧化物酶（POD）活性和维生素C（Vc）含量较CK分别增加87.53、86.03%%和5.56%、58.11%，脯氨酸（Pro）和丙二醛（MDA）含量分别减少64.62%、72.85%和54.82%、63.85%。此外，ADK和AF能够提高土壤全磷含量，且AF显著（P<0.05）提高土壤有机碳含量。Illumina高通量测序结果表明内生真菌浸种增加了燕麦根部内生真菌的Shannon指数、Pielou指数以及特有OTU的数量，改变了燕麦根部内生真菌群落结构。主成分分析（PCA）结果显示ADK促进了燕麦生长，增加了燕麦根部内生真菌多样性；AF提高了燕麦产量，增强了燕麦抗逆性。本研究揭示出内生真菌浸种对燕麦有显著的促生效果，并能增强燕麦的抗逆性及改变燕麦根部内生真菌群落结构，为后期开发植物促生菌剂提供了菌种资源，也有助于开发木霉菌及黄绿卷毛菇在生物菌肥方面的潜能。

关键词：内生真菌燕麦浸种促生群落结构

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