锂离子电池模型参数辨识及SOC预测仿真分析

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 22次 | 上传用户:liuzixing0210
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在倡导绿色低碳、节能环保的大背景之下,有着低排放、低噪音等优点的电动汽车得到了迅速的发展。而动力电池作为电动汽车的关键部件同样成为了人们的研究热点。对于动力电池,它的等效模型的选择与精确的估算动力电池荷电状态(State of Charge SOC)是该领域的重点也是难点。本文以锂离子电池为研究对象,对电池等效电路模型进行参数辨识,并且研究电池SOC数值估算的算法。本文针对锂离子电池的等效模型与估算电池SOC数值的问题上做了以下几个方面的工作:首先介绍了论文的的研究背景;接着比较了几种常用的动力电池,总结了它们在性能上的优缺点,并且指出了锂离子作为动力电池在性能上的优越性,确定了以锂离子电池为研究对象;然后分析了电池现有的等效模型、SOC估算算法的研究现状,指出现阶段存有的问题。随后介绍了锂离子电池的发展过程,锂离子电池的构成、工作反应原理;并且分析了锂离子电池充放电的规律,锂离子电池内阻的组成和在工作状态下的变化趋势,导致电池容量减少的因素;最后介绍了几种常用的SOC估算方法。由于精确的锂离子电池等效模型对于电池SOC数值的估算是十分重要的,因此接着介绍了几类锂离子电池的等效模型,对各类等效电路模型的特点进行了分析,确定了以二阶RC电路作为锂离子电池的等效电路模型,并推导出了数学方程模型。测取出了锂离子电池的OCV-SOC关系曲线,利用曲线拟合的方法对二阶等效电路模型中的参数进行计算,分析所得结果,并利用仿真模型与实际数据对比验证,以证明二阶RC等效电路模型的准确性。为了满足实际应用要求,在自定义工况下,采用含遗忘因子递推最小二乘法在线辨识锂离子电池等效电路模型中的参数,结合锂离子电池特性分析辨识结果,证明了辨识方法的正确性和合理性。最后,基于在线辨识结果,利用扩展的卡尔曼滤波算法对锂离子电池的SOC值进行估算。将电池SOC写入其状态空间方程,利用联合参数辨识法来估计锂离子电池的SOC数值,即利用遗忘因子最小二乘法对模型参数在线辨识、修正,再利用扩展卡尔曼滤波算法估计电池的SOC数值,并与电池实际SOC数值的比较,以得出该联合算法在自定义工况下估算SOC的准确性。
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