基于EKF的鋰離子電池SOC估算的建模與仿真.pdf

1、汽車成為當(dāng)今人類生活中不可或缺的一部分，汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車數(shù)量的急劇增長，引發(fā)的能源危機(jī)、環(huán)境污染問題促使各國政府和各汽車公司越來越重視既節(jié)能環(huán)保又可以循環(huán)使用的電動汽車。電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)在于動力電池以及電池管理系統(tǒng)。鋰離子電池因其特有的優(yōu)勢:比能量高、能量密度大、循環(huán)壽命長、安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)成為當(dāng)代優(yōu)質(zhì)的動力電池。電池剩余電量(SOC)的研究是電動汽車內(nèi)電池管理系統(tǒng)的核心。
　　 本課題研究目的是建立一種電池SOC估

2、算模型，驗證所建電池SOC估算模型的精度、收斂性。本文以鎳鈷錳酸鋰為研究對象，選用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法(EKF)，采用了Thevenin等效電路模型并建立了Thevenin電池模型，最終建立了基于EKF的電池SOC估算模型，通過三種實驗工況驗證所建的電池SOC估算模型。以下是本文的主要工作和成果:
　　 首先介紹了鋰離子電池工作原理，給出電池SOC的定義公式，分析了目前國內(nèi)外常用的電池SOC估算方法，通過對比分析選擇擴(kuò)展卡爾曼濾波

3、算法作為本課題研究電池SOC估算方法。
　　 然后分析對比常用的電池等效電路模型，選擇了Thevenin等效電路模型;分析了溫度、充放電倍率、循環(huán)壽命、自放電等因素對電池建模的影響，綜合考慮將相應(yīng)影響因素的修正系數(shù)代入到電池SOC定義公式達(dá)到修正目的;在HPPC實驗的基礎(chǔ)上，通過相應(yīng)的計算公式進(jìn)行了模型參數(shù)辨識，并采用cftool工具擬合出各模型參數(shù)與電池SOC之間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，運(yùn)用“EmbeddedMATLAB Functi

4、on”自定義模塊實現(xiàn)了模型各參數(shù)與電池SOC之間的關(guān)聯(lián);運(yùn)用“Matlab\ Simulink”軟件建立了Thevenin電池模型，并在三種實驗工況中進(jìn)行仿真驗證，結(jié)果表明所建的Thevenin電池模型的精度高于98％，符合本課題電池模型的要求。
　　 最后講解了線性離散系統(tǒng)、非線性離散系統(tǒng)卡爾曼濾波法原理，在此基礎(chǔ)上建立了電池SOC估算的系統(tǒng)狀態(tài)方程、系統(tǒng)觀測方程，并推導(dǎo)出基于Thevenin模型擴(kuò)展卡爾曼濾波遞推公式;在Th

5、evenin電池模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用“Madab\Simulink”軟件建立了基于EKF的電池SOC估算模型，并在三種實驗工況中進(jìn)行仿真驗證。結(jié)果表明:電池SOC估算模型在HPPC實驗工況條件下精度高于92.2％，最長收斂時間為112.356秒;在恒流放電、恒流充電實驗工況條件下精度高于96.3％，最長收斂時間為118.598秒。
　　 綜合以上實驗數(shù)據(jù)證明本課題所建的基于EFK的電池SOC估算模型無論在變電壓、變電流的動態(tài)工況實