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1、-范文最新推荐- Thevenin动力电池SOC估计研究+文献综述 摘要精确地显动力电池的剩余电量（SOC）是电动力电池汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）进行动力分配的关键技术，也是驾驶员对汽车剩余里程进行预判的重要依据。然而，Ah积分法应用中若电流测量不准，将造成SOC计算误差，长期积累，误差越来越大；要考虑电池充放电效率；在高温状态和电流波动剧烈的情况下，误差较大；因此，采用基于锂离子电池外特性的实验数据，建立电池的Thevenin等效电路模型,并通过电池工作修正模型参数。在Matlab中中搭建电池模型，并研究了各个因素在SOC估算中的影响。结果表明，所选择的Thevenin模型能真实地
2、模拟电池特性，该算法能有效地解决SOC初值估算不准和累积误差的问题。5769关键词动力电池电量估计Ah积分法等效模型毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleThe study of the State of Charge estimation method About Lithium-ion batteryAbstractHow to get the state of charge(SOC) is the key technique of Electric Vehicle(EV) and Hybrid Electric Vehicle（HEV）, for which to distribute
3、 power. As well as for drivers to size up the rest mileage of vehicle. However, the Ah method used in the estimation of charge has some problems. If the measurement of current is not accurate, there will be error in the result of the estimation, and it will get bigger as time go by. Therefore, borro
4、wing the experiment data base on the external characteristic of Li-ion battery, to set up the equivalent model, then adjust the parameters of the model when the battery is working. Build the model in Matlab, study the application of the Ah method in SOC. The result shows that the Thevenin model can
5、simulate the characteristics of Lithium-ion battery perfectly, the algorithm can solve the problems as initial value problem, accumulated error problem. 1.2电动力汽车简介1.2.1电动力汽车的定义及其分类电动汽车是指全部或者部分由电机驱动的汽车，目前主要分为三种:纯电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力电动汽车。纯电动汽车是指以车载电源、蓄电池等为动力，用电机驱动车轮行驶;燃料电池电动汽车是一种可以将燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置
6、，它的特点是能量转化效率高，约是内燃机的2-3倍，生成物是水，不污染环境，缺点是造价太高，目前仅燃料电池的价格高达20万元左右;混合动力电动汽车是装有两种或两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能源能提供电能的汽车，一般说就是既有内燃机又有电动机驱动的车辆。1.2.2电动力汽车的优点(1)能源效率高、多样化:比较原油转化成汽油和原油转化成电的能量效率。电动汽车的研究表明，其能源效率己超过汽油机汽车，特别是在城市运行，汽车走走停停，待驶速度不高，电动汽车更加适宜。现在的内燃机效率约为38%，因汽车在市内行驶中有频繁的停车、低速行驶、待信号灯等，其最终效率不过12%。而电动汽车无
7、机器空转损失，电池的80%以上的能量可由电动机转为电动车的动力，即使考虑原油的发电效率、送配电效率、充放电效率等，其最终可得到19%左右的能量效率。另外，电动汽车在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。这个比较在计算时仅以汽车行驶能量为对象，实际上电能有多种来源方式，还需考虑制造所用能量等。(2)环境污染低:电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，有”零污染”的美称，即使以火力发电来估计，相对于常规汽车其废气排出量也会被大幅度减少。众所周知，内燃机汽车废气中的C0, NOx、微粒、臭气等污染物
8、形成酸雨酸雾及光化学烟雾。 1.3课题研究现状蓄电池的SOC是不能直接得到的，只能通过对电池外特性—电池电压、电池电流、电池内阻、电池温度等参数的检测来推断SOC的大小 。以上这些参数与SOC的关系随电池老化的过程而改变，这中间含有很多不确定因素，而且电池的工作状态随着工作环境而改变，这就使得电池的准确建模工作相当的困难；即使同型号的电池也可能具有不同的特性，要想建立一个统一的模型也很困难。目前国内外一般有以下方法估计蓄电池的SOC安时积分法、电阻测量法、开路电压法、模糊逻辑推理和神经网络的方法和卡尔曼滤波器法等 。（1）电量累计法的基本思想就是把不同电流下的放电电量等效成特定电流
9、下的放电电量，通过一个加权系数，折合成等效放电电量 。通过累积电池在充电或放电时的电量来估计电池的SOC，根据电池的温度、放电率对SOC进行补偿。这种估算SOC的方法比较简单，是电动汽车用SOC测量装置上应用比较普遍的方法。但在估计电池SOC时通常未对电池的老化和循环次数进行补偿;根据已放出的电量得到SOC，即使对放电效率的不同进行了修正，也不能考虑放电电流对容量的可恢复性;充放电的效率具有不稳定性，积分得到的SOC估计存在较大的误差，并会随着时间的推移其误差越来越大。因此，电量累计法估算的SOC其可靠性较低。本文综合电量累计法的优缺点，提出充放电倍率—SOC的静态估算方法，对充放
10、电效率进行修正，又考虑电流对容量的可恢复性。（2）电阻测量法是用不同频率的交流电激励电池，测量电池内部交流电阻，并通过电池内阻—SOC估算模型计算得到SOC。利用电阻测量法得到的电池SOC反映了电池在某特定恒流放电条件下的SOC值，根据此SOC判断电池能继续放出的电量还必须考虑后阶段放电率的实际情况。本文用电阻测量法测得电池内阻，并用于锂离子电池SOC动态建模。 1.4.2课题研究的内容本文的主要研究内容是动力锂离子电池SOC的建模与仿真。根据电池本身特殊性和SOC受充放电电流、温度变化、电池寿命、电池内阻、退化等诸多因素的影响，设计在不同条件下的充放电实验，获取锂离子电池的端电压
11、、充放电电流、锂离子电池温度、环境温度等数据。通过大量的实验测试数据，研究动力锂离子电池充放电过程的模型;探讨测定锂离子电池剩余电量的实用方法;对比不同条件下锂离子电池的充放电特性和环境温度对锂离子电池放电性能的影响。实验建模研究工作分静态模型和动态模型两个部分。完成的工作如下:(1)建立充放电倍率—SOC静态模型。通过动力锂离子电池SOC测试系统按照不同倍率对锂离子电池进行恒流充/放电，在充/放电过程中记录电池端电压、充/放电电流、电池温度、环境温度等参数。分析锂离子电池在不同倍率充/放电电流时，各项参数对锂离子电池SOC值的影响，建立充了放电时充放电倍率—SOC静态
12、模型，并验证其可靠性。(2)建立开路电压—SOC静态模型。通过动力锂离子电池SOC测试系统对动力锂离子电池循环充放电，测量不同时期开路电压，建立开路电压与动力锂离子电池SOC静态模型，并验证其可靠性。(3)建立动态模型。根据动力锂离子电池SOC与充放电倍率、开路电压及温度的关系，建立SOC动态模型。(4)对动态模型进行仿真。在Matlab/simulink中对动态SOC估计模型建立相应的仿真模型。将仿真结果与锂离子电池SOC测试平台结果相比较，验证模型的可靠性。若不准，对动态模型各项参数进行修正。2锂离子电池荷电状态的研究分析为了满足电动汽车的需要，蓄电池必须具有高起动性，大容量性
13、能，免维护特性，高可靠性，高耐久性的特点。现有的电动汽车存在加速性能差、一次充电行驶距离短等问题，限制了它的发展，因此电动汽车实用化的难点主要在于动力源。要使电动汽车能够实现大规模生产使用，关键是开发出比能量高、比功率大、寿命长、成本低的蓄电池，一般情况下，动力电池进行的是频繁地浅度地充放电循环。在充放电过程中，电压和电流可能有较大变化 。 3、锂离子在两极的扩散系数须高，以使电池在充放电时能够实时快速反应4、两极须容易制作且无毒性，以确保价格低廉与环境保护。图2-1电池充放电过程示意图在已商业化成功的锂离子电池中，其正极与负极皆使用层状化合物，而这些层状化合物必须要能够容许锂离子的进出，而不
14、使材料结构发生不可逆的变化，如此才能让锂离子在充放电过程中往返于正负极之间。由图2-2可适切地表达出这样的概念，当充电时由外界输入电能，锂离子由能量较低的正极被赶往负极中而成为能量较高的状态。进行放电时，锂离子自然地出能量较高的负极移往能量较低的正极而对外释放电能。另外，从全反应式中也可了解到整个反应过程中没有锂金属的存在，因此称之为锂离子电池。图2-2 锂离子电池充放电能量交换2.2锂离子电池的充放电特性锂离子电池通常采用先恒电流后恒电压的充电模式，其电压和电流的变化如图2-3所示。锂离子电池必须严防过充电。一旦过充电，则在电池负极就会出现金属锂，给电池的安全带来不稳定因素；在电池正极就会有
15、太多的锂进入，使正极结构受到破坏。与此同时，电解质溶剂会发生分解，大量排气。结果会导致起火甚至于爆炸。在环境温度较高时更应特别注意 。图2-3 锂离子电池的充电曲线为了满足电动车对电池进行快速充电的要求，对锂离子电池可以采用多级恒电流间歇性快速充电方式，也可以采用脉冲充电方式。不论采用哪一种充电方式，都必须严格控制充电电压，防止过充电。我国标准规定，串联蓄电池组为了防止某一电池过充电，采用先恒流后恒压方式充电，控制起始充电电流小于或等于1I（A）电流，当某个电池最先达到充电终止电压（最高为4.2V）时，电池组自动停止充电。 SOC=Qc/C0(2-1)式中: Qc—电池的剩余能量C0 —电池以恒定电流I放电所具有的容量通常把一定温度下电池充电到不能再吸收能量的状态定义为荷电状态100%，而将电池再不能放出能量的状态定义为荷电状态0%。则定义也可表示为:SOC=1- Q/C0(2-2)式中:Q—电池的己放出的电量该式子只能描述指定恒流放电工况的电池荷电状态，如果在变
