電動(dòng)汽車(chē)鋰離子動(dòng)力電池狀態(tài)估算方法研究.pdf

1、當(dāng)前日益嚴(yán)重的環(huán)境污染及能源短缺問(wèn)題迫切要求汽車(chē)工業(yè)向綠色技術(shù)領(lǐng)域全面轉(zhuǎn)型，新能源汽車(chē)因其節(jié)能、環(huán)保、無(wú)污染等特征已成為未來(lái)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必然方向。我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在國(guó)家相關(guān)政策的大力扶持下已取得了巨大的發(fā)展。但由于受限于車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究技術(shù)瓶頸，電動(dòng)汽車(chē)尚存在續(xù)駛里程短、維護(hù)成本高、安全可靠性差、市場(chǎng)普及度低等問(wèn)題。為克服這一技術(shù)發(fā)展瓶頸從而推動(dòng)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，除了對(duì)電池本身的材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索以外，還需要

2、對(duì)動(dòng)力電池的監(jiān)控管理技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究，如何提高復(fù)雜工況下的動(dòng)力電池狀態(tài)估算的實(shí)時(shí)性及精確性成為目前電池監(jiān)控管理技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象。針對(duì)上述問(wèn)題，本課題以鋰離子動(dòng)力電池為研究對(duì)象，對(duì)其外特性特征進(jìn)行了深入分析，在此基礎(chǔ)之上對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的外特性模型建立及模型參數(shù)辨識(shí)方法展開(kāi)研究，進(jìn)一步針對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的狀態(tài)（包括荷電狀態(tài)與健康狀態(tài)）分析方法進(jìn)行了深入探討，并結(jié)合上述研究成果，綜合運(yùn)用無(wú)線通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、互聯(lián)網(wǎng)及計(jì)算機(jī)等相關(guān)

3、服務(wù)工具建立動(dòng)力電池遠(yuǎn)程信息服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池的遠(yuǎn)程狀態(tài)估算及電能管理。研究主要內(nèi)容及創(chuàng)新如下所示：
　?。?）對(duì)鋰離子動(dòng)力電池在充/放電過(guò)程中的外特性特征極其影響因素（包括溫度、內(nèi)阻、容量等）進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)目前已有研究中常見(jiàn)的動(dòng)力電池外特性模型，對(duì)相應(yīng)的參數(shù)辨識(shí)方法展開(kāi)研究，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)用于對(duì)比各種外特性模型的優(yōu)劣，為后續(xù)鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)化模型的提出進(jìn)行鋪墊。
　?。?）基于對(duì)各種

4、鋰離子動(dòng)力電池外特性模型特征的研究分析，提出了由一階戴維寧模型與一狀態(tài)滯回特性模型組合而成的優(yōu)化外特性模型，以荷電狀態(tài)作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，重新構(gòu)建了鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算工作模型。結(jié)合上述工作模型，運(yùn)用傳統(tǒng)的非線性卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)鋰離子動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)估算。在濾波過(guò)程中對(duì)傳統(tǒng)算法的數(shù)學(xué)特征及魯棒性分析的基礎(chǔ)之上，提出了基于量測(cè)噪聲自適應(yīng)修正的卡爾曼濾波算法，根據(jù)優(yōu)化模型的量測(cè)噪聲特性及工況跟蹤特征，設(shè)計(jì)相應(yīng)的模糊規(guī)則實(shí)現(xiàn)模型量測(cè)

5、噪聲的自適應(yīng)修正，以提升鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的估算精度。為了提升狀態(tài)估算算法的實(shí)時(shí)性，將交互多模型卡爾曼濾波算法引入至鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算，根據(jù)電流激勵(lì)變化，劃分不同的工況區(qū)間，確定各模型荷電狀態(tài)估算結(jié)果分配權(quán)重，綜合運(yùn)用動(dòng)力電池信息服務(wù)系統(tǒng)的車(chē)載端與遠(yuǎn)程服務(wù)端完成對(duì)動(dòng)力電池組荷電狀態(tài)的實(shí)時(shí)精確估算。
　?。?）分析了不同加速應(yīng)力因素對(duì)動(dòng)力電池壽命衰減的影響及衰減區(qū)間內(nèi)動(dòng)力電池的性能參數(shù)變化趨勢(shì)，選取歐姆內(nèi)阻作為動(dòng)力電池健

6、康狀態(tài)的表征指標(biāo)。在此基礎(chǔ)之上，提出了基于非耗散均衡控制策略的動(dòng)力電池歐姆內(nèi)阻在線辨識(shí)方法，運(yùn)用均衡器開(kāi)啟及關(guān)閉瞬間在單體上產(chǎn)生的脈沖激勵(lì)，結(jié)合動(dòng)力電池的端電壓隨時(shí)間變化趨勢(shì)，運(yùn)用遞歸最小二乘法完成對(duì)鋰離子動(dòng)力電池單體歐姆內(nèi)阻的在線辨識(shí)，并采用雙卡爾曼濾波算法用于修正由于外界噪聲引起的歐姆內(nèi)阻的量測(cè)漂移，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池健康狀態(tài)的精確預(yù)估。為了提升均衡控制精度，提出了基于動(dòng)力電池模型動(dòng)態(tài)參數(shù)預(yù)估的單體能量均衡控制策略，以單體開(kāi)路電壓及歐

7、姆內(nèi)阻差異作為一致性表征指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)鋰離子動(dòng)力電池組單體均衡的精確控制。
　　（4）建立了動(dòng)力電池信息服務(wù)系統(tǒng)，結(jié)合前文的研究成果實(shí)現(xiàn)鋰離子動(dòng)力電池組的遠(yuǎn)程狀態(tài)估算。詳細(xì)描述了動(dòng)力電池信息服務(wù)系統(tǒng)框架、車(chē)載端硬件架構(gòu)，信息服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)，并針對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)在鋰離子動(dòng)力電池狀態(tài)估算領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)介紹。所設(shè)計(jì)動(dòng)力電池信息服務(wù)系統(tǒng)具有較好的可擴(kuò)展性，可配置性及可移植性，目前已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某汽車(chē)公司生產(chǎn)的插電式混合動(dòng)力汽車(chē)及小型純電動(dòng)汽