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1、天津大学硕士学位论文电动汽车电池管理系统软件设计与SOC估算策略研究姓名：张术申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：夏超英20061201中文摘要中文摘要随着世界人口的剧增，全球的汽车数量也急剧上升，对能源的需求越来越大，对环境的污染也越来越严重。为了缓解能源和环境污染的压力，各国都把电动汽车作为现在燃油汽车的替代品进行研究和开发，电动汽车作为未来汽车的发展方向，越来越受到人们的重视。但是电动汽车的发展尚有很多问题需要解决，动力电池及其管理系统就是几个关键技术中的一个，而电池荷电状态(S t a t eo f C h a r g e，S O C)的计算更是电池管理系统中的重要技术
2、，本文的主要任务就是围绕电动汽车电池管理系统进行锂离子动力电池荷电状态算法的研究，并完成系统相关软件的设计。文章首先对课题背景作了简要介绍，分析了电池管理系统的几个关键技术，介绍了电池荷电状态的定义，并介绍了本论文的研究内容和结构。然后对锂离子电池的工作原理作了简要介绍，并分析了影响电池荷电状态的主要因素及其处理方法，对常用的电池模型作了分析和介绍。在此基础上结合电流积分模型和T h e v e n i n 模型建立了锂离子动力电池的状态空间模型，给出了模型参数的实验测取方法和数学辨识方法。接下来介绍了S O C 的常用算法，并对其中的推广卡尔曼滤波算法作了深入研究，并给出了仿真和实验结果，对
3、算法的抗干扰能力和鲁棒性等作了验证；然后介绍了一种带加权因子的S O C 算法，并给出了仿真和实验结果。文章还对电池管理系统的软件体系进行了介绍，分析了采集板和主控板软件的设计思想，并给出了部分程序的流程图。仿真和实验证明，本文介绍的S O C 算法有较好的精度，并且具有较好的抗干扰能力，而系统的软件运行效果良好，可以进入实用化。关键词：电动汽车电池管理系统荷电状态电池模型推广卡尔曼滤波A B S T R A C TA BS T R A C TO w i n gt ot h ee x p l o d a t i o no ft h ew o r l d Sp o p u l a t i o n
4、，t h ea m o u n to fv e h i c l e si n c r e a s e sr a p i d l y,w h i c hn o to n l yl e a d st oi n c r e a s i n gr e q u i r e m e n to fo i l，b u ta l s om a k e st h ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o nm o r es e r i o u st h a ne v e rb e f o r e M a n yc o n t r i e ss p e n dm u c ho nt
5、 h er e s e a r c ho ft h ee l e c t r i cv e h i c l et om i t i g a t et h i ss t a t u s T h ee l e c t r i cv e h i c l eh a sb e e nr e g a r d e da st h en e wg e n e r a t i o no ft h ev e h i c l e，a n dh a sa t t r a c t e dag r e a td e a lo fa t t e n t i o n H o w e v e r,m a n yp r o b
6、l e m sa r ed e m a n d e dt Ob es o l v e di no r d e rt od e v e l o pt h i sk i n do fv e h i c l e，a n db a t t e r ym a n a g e m e n ts y s t e mi so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e s T h es t r a t e g yo fe s t i m a t i n gt h es t a t eo fc h a r g e(S O C)i sa ni m p o r t a n tt e
7、c h n o l o g yo ft h eb a t t e r ym a n a g e m e n ts y s t e m T h em a i ng o a lo ft h i sp a p e ri st or e s e a r c ht h es t r a t e g yo ft h eS O Ce s t i m a t i o n，a n dd e s i g nr e l a t e ds o f t w a r ef o rt h es y s t e m A tt h eb e g i n n i n g，t h eb a c k g r o u n do ft
8、h ep r o j e c ti si n t r o d u c e d，a n dt h e ns o m ek e yt e c h n o l o g i e so ft h es y s t e ma r ed i s p l a y e d T h ed e f i n i t i o no ft h eS O Ci sg i v e n，a n dt h ef i-a m eo ft h ep a p e ri si n t r o d u c e d S e c o n d l y,t h eL i I o nb a t t e r yi si n t r o d u c e
9、 d T h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h eS O Ca r ea n a l y s e da n ds o m em o d e l so ft h eb a t t e r ya r eg i v e n B a s e dO nt h e m，as t a t es p a c em o d e lo ft h eb a t t e r yi sp r o p o s e d T h em o t h e d st Og e tt h ep a r a m e t e r so ft h em o d e la r ed i s c u
10、 s s e d F u r t h e r m o r e，s o m es t r a t e g i e so fe s t i m a t i n gt h eS O Ca r ed i s p l a y e da n da n a l y s e d T h em e t h o db a s e do nE x t e n d e dK a l m a nF i l t e r(E K F)i sr e s e a r c h e d；s i m u l a t i o n sa n de x p e r i m e n t sa r eg i v e na tt h es a
11、m et i m e A ne s t i m a t i o nm e t h o dw i t hw e i g h tf a c t o ri sa l s od i s c u s s e d I na d d i t i o n，t h es o f t w a r eo ft h eb a t t e r ym a n a g e m e n ts y s t e mi si n t r o d u c e d T h em a i ni d e a so ft h es a m p l eb o a r da n dm a i nb o a r d Ss o f t w a r
12、ed e s i g na r ea n a l y s e d，a n ds o m ef l o a tc h a r t sa r ea l s og i v e n S i m u l i o n e sa n de x p e r i m e n t si n d i c a t et h a tt h es t r a t e g yo fe s t i m a t i n gt h eS O Cp r o p o s e di n t h i sp a p e rk e e p sa ne x c e l l e n tp r e c i s i o na n dt h es o
13、 f t w a r eo ft h es y s t e mr u n sw e l l T h e ya r el i k e l yt ob ep u ti n t op r a c t i c e K E YW O R D S：E l e c t r i cV e h i c l e，B a t t e r yM a n a g e m e n tS y s t e m，S t a t eo fC h a r g e，B a t t e r yM o d e l，E x t e n d e dK a l m a nF i l t e r独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导
14、下进行的研究工作和耳义得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：弓灸书签字同期：砂 年1 月彷只学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解叁盗盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权盘盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本
15、授权说明)学位敝作者签名：弓孔#导师签名：健堇签字同期：娜 年f 月z，F 1签字同期：赢7 年月芝3 同第一章绪论1 1 课题背景第一章绪论随着世界人口的增加和世界经济的发展，汽车的数量急剧上升，预计在5 0年之内，全球的汽车将增加到2 亿5 千万辆。如果这些汽车都采用燃油提供动力，将需要大量的燃油供应，并会对自然环境造成巨大的污染。因此世界各国都致力于新能源的开发和研究，以应付巨大的能源需求，缓解环境的污染【。电动汽车作为清洁、高效、智能的交通车辆，是燃油汽车理想的替代品，因此受到了各国政府和科学家的重视。从能源和环保的角度看，电动汽车使能源的利用多元化和高效化，其排气量的降低(纯电动汽车
16、能实现零排放)使空气污染大大减少；从交通安全的角度看，电动汽车更容易实现智能化。1 8 3 4 年，T h o m a sD a v e n p o r t 制造出了第一辆电动三轮车，为它提供能量的是一组不可充电的干电池，汽车只能行驶-,J,段距离。到了2 0 世纪末，现代电动汽车已经完全不同于传统的电动汽车，它不仅是运输车辆，而且是一台全新的电气设备，它是以由电动机、功率转换器件和电源组成的电驱动为基础的机动车辆，是实现清洁、高效道路运输的全新系统，是一个便于和现代交通网络结合的智能系统。电动汽车由机械子系统、电力电子子系统以及信息子系统组成。其中机械子系统由底盘和车身、驱动装置、变速器及电源箱体组成；电力电子子系统由动力网、电动机、控制器和能源系统组成；信息子系统用于处理驾驶员的意愿，并监控汽车各部分的状态。在各个子系统中都有各种关键的技术需要解决，主要包括机电一体化匹配设计及车身技术、电力驱动系统中的电机及其控制技术、汽车的管理监控技术、能源系统及能量管理技术。为了解决这些关键问题，发展我国的电动汽车技术，促进我国的汽车产业实现跨越式发展，国家科技部设立了“十五”国家8 6 3
