動力鋰電池的建模、狀態(tài)估計及管理策略研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源危機是世界各國面對的兩大難題，電動汽車作為一種零排放的交通工具是解決環(huán)境與能源問題的一個優(yōu)選方案。針對動力電池系統(tǒng)當前國內(nèi)外的研究熱點，本文依托復雜系統(tǒng)的建模與分析手段以及現(xiàn)代濾波技術(shù)，開展動力鋰電池的建模、狀態(tài)估計和管理策略的研究，目的是建立一套涵蓋動力系統(tǒng)建模、估計與控制的理論與方法體系，為儲能系統(tǒng)的精細化、安全化、高效化管理提供借鑒。本論文的主要工作如下:
　　(1)精確的電池模型有助于電池的行為描述與分析，也

2、是電池狀態(tài)估計的基礎(chǔ)和前提。鋰電池本身是一個復雜的電化學系統(tǒng)，具有很強的非線性和時變性，同時電池的參數(shù)易受外界環(huán)境等因素的影響，增加了電池在隨機環(huán)境下建模的難度。基于對電池內(nèi)部機理和外部行為的分析，本文提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的電池建模與參數(shù)辨識方法。
　　(2)提出了基于多模型切換策略的電池荷電狀態(tài)估計方法，通過引入改進解釋結(jié)構(gòu)模型，實現(xiàn)了四種典型電化學模型的切換，通過實驗對算法的精度和實時性進行了驗證;分析了溫度對庫倫效率的影響

3、，建立了電池的容量保持率模型，提出了一種基于容量保持率模型的荷電狀態(tài)估計方法，在實驗驗證中分析了漂移電流對估計精度的影響;針對傳統(tǒng)卡爾曼濾波器方法在解決非線性、非高斯系統(tǒng)的狀態(tài)變量估計問題時容易出現(xiàn)發(fā)散的問題，提出一種基于貝葉斯估計理論的電池荷電和能量狀態(tài)估計方法，并通過動態(tài)工況下的實驗對該方法的精度和魯棒性進行了驗證。
　　(3)研究了電池被動均衡和主動均衡的電路拓撲和均衡控制策略，針對被動均衡的不足，提出了一種基于雙向DC/D

4、C的主動均衡電路?；趯﹄姵啬Ｐ秃碗姵貭顟B(tài)估計方法的研究，提出了基于荷電狀態(tài)的電池主動均衡控制策略，通過實驗對比了不同均衡策略的性能。
　　(4)將鋰電池的建模與狀態(tài)估計方法拓展到鋰電池/超級電容混合儲能系統(tǒng)的建模與狀態(tài)估計中。創(chuàng)造性地提出了基于雙濾波器的參數(shù)與狀態(tài)聯(lián)合估計器，采用擴展卡爾曼濾波器和無跡卡爾曼濾波器分別對鋰電池和超級電容的模型參數(shù)以及荷電狀態(tài)進行更新和估計。為了降低模型參數(shù)的收斂時間，在參數(shù)更新階段采用遞推最小二乘